对基于安全性和耐久性的市政桥梁设计初探

2019-03-14孙玉平安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230032

安徽建筑 2019年9期

孙玉平（安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥230032）

市政道路是市政工程建设中至关重要的环节，而桥梁设计质量又是直接影响市政道路工程质量的关键所在，同时也直接影响到城市道路交通出行安全，所以在市政道路桥梁工程建设过程中，必须重视桥梁工程安全性和耐久性设计，从设计之初就需根据施工现场具体情况，同时考虑可能影响到桥梁安全性和耐久性的因素。按照当前我国城市道路设计规范来讲，市政桥梁结构使用寿命应保证在100年，但是从现实情况来看，桥梁本身设计因素以及外部环境因素的存在，使得桥梁工程结构实际寿命远远低于行业规范标准，并且桥梁安全性也无法得到保障，以至于很多桥梁在规定使用期限内就需重新修建，针对这种现状，我们必须要强化市政桥梁安全性和耐久性设计，学习和借鉴国外先进设计施工理念，提升市政桥梁工程质量。

1 影响市政桥梁安全性和耐久性的因素

1.1 桥梁本身设计方案不完善

市政桥梁设计方案质量是影响工程安全性和耐久性最主要因素，例如一些设计单位仍然沿用传统、陈旧的设计理念，没有考虑到经济社会发展和城市道路交通压力上升等因素，不注重设计理念的创新。同时在现实的桥梁工程设计过程中，为了能够在规定的时间内完成桥梁工程设计方案，设计单位通常会为了赶设计工期而忽略设计理念创新，无法顺应工程实际需求和建设发展要求。例如，设计单位在方案设计过程中忽视桥梁防腐蚀问题，所以在设计内容中根本找不到这方面的设计内容。再加上设计人员本身不重视设计理念的创新，仍然使用传统陈旧的设计理念。

1.2 桥梁工程疲劳损伤

市政桥梁工程主结构基本上是混凝土结构，而疲劳损伤是影响混凝土结构的重要因素，所以在桥梁安全性和耐久性设计中必须重视这个问题。例如桥梁动载荷会导致桥梁出现较大的裂缝，但是在工程检验和后期的桥梁检修过程中，这些裂缝是无法被检测到的，或者说这些漏洞是人们经常忽略的，久而久之，这些裂缝必然会影响到桥梁安全和耐久性。

1.3 缺乏较为完善的设计理论体系和结构构造体系

市政桥梁工程施工过程直接影响到工程质量，纵观国内出现的桥梁工程质量问题，大多数都是因为缺少必要的检测监督、施工单位降低工程标准，甚至是施工过程中偷工减料导致的。工程设计材料在很大程度上决定了市政桥梁安全级别和耐久性，而工程设计所选择的结构方案是否合理、结构分析的深入程度以及相关构件设计强度又会直接影响到市政桥梁的安全性和耐久性，如设计方案是否合理、工程结构分析程度、工程构件、连接件等设计强度和稳定性都会影响到桥梁工程安全性和耐久性，再加上一些工程设计单位的设计人员过于重视桥梁安全强度设计，进而忽视桥梁结构整体体系、结构维护、结构耐久性和材料性能等级的作用，再加上施工过程中无法避免的一些环境、人为等因素的影响，都会对市政桥梁安全性和耐久性造成不利的影响。

2 提高市政桥梁安全性和耐久性设计措施

2.1 重视桥梁结构设计

市政桥梁运营过程中无可避免的会受到外界环境的影响，如自然腐蚀、地震、车辆超载等外在因素都会影响桥梁安全性和耐久性，所以设计人员在结构设计过程中必须充分的考虑这些外在影响因素，根据工程所在区域选择合理的结构。具体来讲，结构设计首先要将桥梁和梁体铺装结合在一起，这样可以改善桥梁的抗疲劳损伤，同时为了避免桥梁主梁受到水渗入影响，市政桥梁表面铺装层混凝土必须使用密实性较强的C30以上等级的混凝土材料，并且铺装层内必须设置钢筋网，这样可以预防桥梁在投入运营后由于可变荷载长期作用而造成混凝土结构开裂；其次主梁是桥梁结构最主要的承载构件，在结构设计中可以根据主梁结构来综合布局，因为如果由于主梁防水措施不到位而导致主梁浸透大量雨水，势必影响主梁结构承载力，所以为了避免这种隐患，必须做好主梁结构设计工作，例如在设计阶段事先在箱体内设置排气孔，保证箱体内外温差达到最小，最大限度的降低主梁结构损害。

2.2 重视市政桥梁结构疲劳损伤设计研究

桥梁工程疲劳损伤是影响市政桥梁安全性和耐久性的重要因素之一，因为市政桥梁每天都需要承载较大的运输量，车辆运行的反复荷载、风荷载以及其他的人为因素都会导致市政桥梁内部结构发生累积性应力变化，久而久之桥梁结构抗疲劳性能必然下降，最终导致桥梁工程结构累计疲劳损伤破坏，再加上市政桥梁工程材料非连续性和不均匀性，所以很容易在循环荷载的影响下逐渐形成宏观裂痕，出现桥梁结构脆性破坏。针对这种问题，必须从工程施工选材入手，选择使用耐腐蚀性强的混凝土材料，同时对混凝土结构进行动态控制和疲劳控制，将桥梁结构疲劳设计作为市政桥梁设计的核心，从工程结构整体设计入手，同时考虑到局部关键位置的疲劳设计要求，强化工程结构疲劳损伤设计研究。

2.3 保证桥梁工程结构连续性和整体性

我国大多数的市政桥梁都可以归属于杆系结构。所谓杆系结构主要是由若干个杆件组合而成，这种工程结构多用在土木、建筑、机械、水利等工程中，多个杆件汇交联结处即为杆系结构的节点，结构中的每一个结点各个杆端之间不能出现相对线位移，也就是说桥梁整体结构不能出现不必要的位移变化，从而提高桥梁结构稳定性。除此之外，桥梁结构设计过程中必须保证结构的连续性和整体性，这样才能够保证结构构件截面均匀、平顺的变化，这种设计既可以保证工程强度和稳定性，也可以满足工程美观性要求。所以在工程设计阶段，可以使用冗余设计，这样可以保证桥梁结构最大限度的抵抗局部变形损伤，同时针对事故撞击、地震等外在威胁还具有较强的抗结构倒塌能力。

2.4 市政桥梁抗载荷能力设计

当前阶段，随着城市化进程的加快和经济社会的发展，尤其是现代物流行业的发展对道路桥梁运输能力提出了更高的要求，各个地区间的运输量越来越大，运输工具越来越多，对于市政桥梁载重能力也提出了更高的要求。例如市政跨河桥梁上出现成群结对的大型运输车辆，势必对市政桥梁结构坚实度是一项巨大的考验，所以桥梁抗高负荷承载设计至关重要。

市政桥梁抗载荷能力设计需要设计人员重视桥梁结构设计，首先可以在桥梁结构设计关键部位设置对应的减震装置，例如粘滞阻尼器，借助气弹性部件大幅度降低桥梁震动过程中产生的动能，最大限度的减少大型车辆过往、震动等对桥梁主体结构的损害；也可以设置铅芯橡胶支座，使用力学性能良好的支座与橡胶的结合设计可以有效降低支座本身的硬性撞击，提高桥梁主体结构抗载荷能力。总的来讲，市政桥梁主体结构设计必须对桥梁车流量等情况进行提前预估，事先计算出可能应对的负载情况，然后借助缓冲部件设置来降低重载荷引起的桥梁结构过大的压力，最大限度的提高桥梁抗载荷能力。