基于耐久性的桥梁设计原则分析

万梦

招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆 4 0 0 0 6 7

在我国，交通事业随着国家经济的快速增长展现出突飞猛进的发展趋势。但从我国交通运输的实际现状来看，目前在交通基础设施的建设上还存在着一定的缺陷和不足，这也说明我国的交通事业还有很大的发展空间。在交通基础设施中，桥梁是重要的组成部分，其作用不言而喻，直接影响着整个交通运输。但是就现阶段桥梁设计中，桥梁的耐久性往往无法得到保障的，因此严重影响了桥梁的使用寿命，使其无法达到设计年限。由于桥梁耐久性不好会严重影响到桥梁的质量、寿命以及安全性，极大的增加了安全隐患，因此深入的分析和研究桥梁的耐久性设计原则具有重要的意义[1]。

1 耐久性的桥梁设计概述

1.1 耐久性桥梁设计的内容

通常情况下，耐久性桥梁的设计内容主要有两个部分，第一部分是桥梁建筑材料的选择，第二部分是对桥梁各个构件的设计进行优化，并控制各个构件中产生的各种裂缝。首先，桥梁建筑施工材料的选择上，需要桥梁设计人员和施工人员根据实际的施工情况和设计基准期等各个因素进行综合性的全面考虑，然后在对建筑材料进行科学合理的选择，但是在选择时还要兼顾环保节能，并对工程造价进行合理的控制。在对桥梁设计进行优化时，还要加强桥梁防腐、防水和排水功能，坚持科学、合理、安全的原则，避免使用化学物质影响桥梁的使用寿命。

1.2 耐久性桥梁的影响因素

1.3 钢筋的锈蚀

锈蚀是生活中极其常见的一种现象，自然桥梁也不例外。而锈蚀的钢筋是影响桥梁耐久性的重要原因。当钢筋锈蚀比较严重时就会使其发生膨胀最终导致混凝土发生脱落，使桥梁的承载力不断下降直至丧失承载能力。

1.4 混凝土碳化

由于混凝土暴露在大气环境中，会与空气中的二氧化碳接触发生化学反应，使混凝土进行收缩，进而使混凝土的结构发生破坏出现裂缝[2]。

1.5 北方地区存在冻融破坏

北方地区由于气候特点会存在冻融现象，而桥梁在反复经历冻融循环就会使混凝土从里到外发生侵蚀，使桥梁的强度不断降低。

2 基于耐久性的桥梁设计原则分析

在桥梁的设计中，构思的结构和制定的设计方案若在计算上存在不足将对给桥梁带来不可挽救的缺陷，这样看来桥梁结构的构思和设计方案的制定对于桥梁的耐久性至关重要，因此，必须将其计算减小计算中的不足和才能保障桥梁设计具有较好的耐久性。在设计过程中，保障桥梁结构设计合理的方式较多，但是无论使用哪种方式都必须将桥梁的耐久性作为重中之重。

2.1 连续、冗余和整体性的原则

在桥梁的建筑发过程中科学、合理结构设计能够提高桥梁的整体性能，并且担当桥梁发生变化时不会相对较为平顺。这样也能够做到在提高外观美感的同时提高桥梁的刚度与承载能力，冗余和整体性可以保障桥梁的功能性，更重要的是还能够提高桥梁的抗破坏能力，对地震和超载情况也有较好的抵抗能力。桥梁的伸缩维长期是结构中最容易发生破坏的地方同时也是最难修复的地方，无论是在设计过程中还是在施工过程中稍有不足或缺陷都会度桥梁造成破坏，并且在破坏时，所引起的冲击载荷也是比较大的，这样就会严重减少桥梁的使用寿命。基于这一现状，世界各国的学者都提出无伸缩缝结构，并且都在研究减少或取消支座和伸缩缝来提高桥梁的适用性与整体性，进一步减少桥梁后期维护费用。

2.2 在载荷的作用时，机构的传力路线最短原则

由于拉、压杆件的应力方向与杆件的轴线相平行，因此杆件的长度就是传力的路径。杆件受纯弯曲时拉、压应力方向也是与杆件的轴线相平行，因此杆件长度就是传力的路径。一般情况下，梁类构件都是弯剪组合，其截面上任意一点都会受到二向力作用，这样就会导致传力迹线变成曲线，因此需要使用“拓贾”式来替代，这时各个杆件的传力路径之和就可以看作是杆件的传力迹线。弯剪扭组合的构件可以等效为“空间桁架”类型。这样职称型机构和桥跨式结构的传力路径都比较简洁、合理[3]。

2.3 应力均匀且流畅和力学平滑原则

杆件结构中各处的应力要确保是均匀的，例如：横截面内的应力、杆件的长度方向的应力已经边界处的应力等等。这样的设计还能够展示出各种建筑材料的性能并有助于经济效益的提高。在对大跨度的桥梁进行设计时，考虑到其构造十分复杂，因此桥梁的耐久性能和受力性能会受到机构设计的影响。特备是在力学或结构几何不连续的地方，其所受应力的分布十分复杂，因此对于钢筋的数量和位置都很难进行精准的设计，这也是桥梁建筑中耐久性设计作为薄弱地方。但是使用“压杆-拉杆-模型法”进行分析就可以解决应力和钢筋配置中存在问题。

在桥梁结构的几何形状中体现力线平滑，主要表现为形状少突变、简单、少棱角、结构的表面是连续的曲面或平面。这样拉、压杆件的结构所受到的应力就是比较均匀和流畅的，而且应力的传递路径比较短，所以这是十分经济合理受力结构。

此外，在耐久性桥梁设计原则中还有可修性、可检性、可替换性的原则，施工容易实现原则，防水原则看，而这三个原则也是提高耐久性的关键，因此在设计中也同样要基于高度的重视。

3 结语

综上所述，在桥梁建筑中耐久性是影响桥梁性能的重要因素之一，在桥梁整体性能的保障上发挥了至关重要的作用。经实践表明，桥梁的耐久性直接影响着桥梁的使用寿命，同时也会在一定程度上影响了桥梁的整体桥梁结构，一旦不能得到良好的保障就会导致重大的安全事故的发生并且还会威胁到行车的安全性、稳定性以及乘客的人身安全，因此在桥梁建筑过程中必须高度重视耐久性的设计。