桥梁设计中的安全性和耐久性研究

肖会闯

（舟山市交通规划设计院，浙江舟山316000）

0 引言

随着社会的快速发展，桥梁建设工程项目不断增加，特别是高水平桥梁工程的出现，虽然对社会经济发展以及文化交流起到了推动效果，但其中的安全性问题以及耐久性问题仍需要及时解决，否则一旦发生问题就会造成非常严重的后果。一般情况下，导致桥梁建设发生问题的原因在设计环节，需要设计人员进一步思考，在桥梁设计工作中怎样提高桥梁建设的安全性以及耐久性，使桥梁质量得到全面提高。

1 桥梁设计过程中存在的问题

目前，在设计桥梁工程时，需要体现经济实用性、桥梁安全性以及桥梁美观性，但是在实际情况下，还需要注意桥梁的承载力。桥梁承载力，指的是桥梁最大的承载力，在设计桥梁时，需要保证荷载效应在任何条件下都低于结构自身抗力。荷载安全系数需要在桥梁各种极限条件下计算。在设计桥梁时，桥梁的经济性以及美观性无法使用明确的标准进行衡量。虽然在设计方案中，需要对经济性以及美观性进行考虑，但是经济性主要考虑的是桥梁的造价，没有将后期维护成本以及维修成本纳入其中，评价经济性的方式较为单一。例如，更换斜拉桥拉索，一般情况下，桥梁的使用年限可以达到100年，而拉索的使用寿命只有30年，需要多次更换拉索。一部分桥梁设计工作，在设计时倾向桥梁的强度，但是对于桥梁的耐久性没有给予足够的重视，更重视桥梁在极限条件下的强度，对极限使用状态没有给予足够的重视。在桥梁使用过程中，桥梁表现出的性能更为重要。但如果忽视耐久性设计，就会导致桥梁结构逐渐变差，使用寿命也会随之缩短[1]。

2 桥梁设计无法满足安全性以及耐久性要求的原因

2.1 施工以及管理原因

桥梁倒塌事故的发生，使人们对桥梁安全越来越重视，一般情况下导致桥梁出现安全事故的原因与施工和管理有关。如果桥梁在投入使用后，短时间内就发生安全事故，这是由于桥梁设计有问题，桥梁设计没有达到桥梁建设标准，或者在使用过程中使用的建设材料质量不符合要求，工艺方式没有达到标准。此外，一部分桥梁工程存在偷工减料的问题，对桥梁使用安全造成严重的影响。

很多桥梁在没有达到使用年限前，就出现质量问题，寿命的缩短可能与劣化、病害有关，桥梁产生安全性以及耐久性的问题，与施工质量有着密切的关系。例如，在施工过程中，钢筋保护层没有铺设到位，导致厚度不足，使构件产生裂缝。在施工过程中出现的问题，虽然在短时间内不会造成影响，但是随着时间的推移，会对桥梁的耐久性造成严重的损害。

2.2 桥梁设计以及结构问题

除施工、管理外，桥梁设计问题也是导致桥梁出现安全问题的原因，首先需要制定经济适宜、技术条件允许的设计方案，然后对桥梁结构进行设计，制定合理的连接设计方案，保证结构体系安全、可靠。

大多数设计人员在设计桥梁时，更重视桥梁的安全性，但是没有对结构设计以及材料等方面给予足够的重视，导致桥梁自身结构受力不均匀，一部分支撑点的钢筋保护层厚度不足，使用的配筋直径较小，使整体结构的耐久性降低，影响整个桥梁的安全使用。而且也有一部分桥梁虽然可以满足强度要求，但在使用几年后，耐久性就出现问题，影响桥梁的安全使用。耐久性是影响桥梁是否能够长期安全使用的主要原因，因此在设计过程中，需要从多个角度着手，采取有效的措施，提高桥梁的耐久性[2]。

在不同的使用环境，桥梁设计要求也有区别，设计人员需要对结构本身有正确的了解，然后结合自身的设计经验，根据当前区域的实际施工情况，选择最为合适的施工材料以及施工技术要求。

2.3 桥梁设计、施工以及管理衔接不到位

为提高桥梁的安全性以及耐久性，需要在桥梁设计过程中，加强质量控制。在施工过程中做好桥梁的设计、施工、管理三个环节的衔接。但从目前的建设情况来看，三个环节之间，仍然存在衔接不到位的问题，很多桥梁出现事故的原因与施工质量有关。在实际施工过程中，施工使用的材料没有达到设计标准，施工工序不合理，最终造成桥梁的整体工程质量较低，衔接工作不到位，直接影响桥梁整体建设质量。导致质量不合理的原因有很多，常见的原因与后期养护不到位，材料选择不合理有关，使桥梁的使用耐久性受到影响。

2.4 桥梁设计理念较为落后

随着经济的快速发展，桥梁事业也得到极大的进步，对桥梁的要求也越来越高，需要不断细化桥梁设计理念，更新施工技术。虽然我国引进了很多先进的桥梁施工技术，但是受到传统设计思路的影响，我国桥梁设计的整体水平仍处于较为落后的状态。在设计桥梁时，需要充分考虑多方面因素的影响，保证桥梁的施工质量，防止质量不到位导致的严重后果，真正发挥桥梁的作用。从实际施工情况来看，我国的桥梁设计人员对新材料以及技术等方面的认知仍然较为薄弱，无法结合最新的内容进行更好的设计，导致实际设计中，桥梁的耐久性以及安全性出现问题。

3 提高桥梁设计耐久性以及安全性的措施

3.1 加强设计结构耐久性

桥梁建设工程的建造在使用过程中势必会受到外部因素影响，除日常的车荷载外，还会受到地震等自然危害以及结构疲劳性等因素的影响，而且建设桥梁使用的材料本身的性能也会随着使用时间的增长而不断退化，部分结构会出现不同程度的损坏。例如，在大跨桥上，设计修建多个斜拉桥，虽然没有发生塌陷等安全事故，但是斜拉桥使用的拉索耐久性较差，需要定期更换。

影响桥梁结构耐久性的原因有很多，频繁发生的耐久性问题，也使更多人注意到结构耐久性对桥梁使用的影响。从桥梁病害上来看，一部分桥梁除施工问题以及施工材料问题外，影响结构耐久性的原因也与构造问题有关，也就是在桥梁设计中存在问题。

20世纪开始，我国桥梁设计便已经重视耐久性对桥梁使用造成的影响，在桥梁设计中主要通过材料以及统计分析等方面提高桥梁的耐久性，设计以及施工上的角度仍存在不足，设计人员比较倾向于通过结构计算的分析与研究，但是对于桥梁细部处理以及整体构造的分析较弱。

在桥梁设计中，需要将结构耐久设计作为主要设计原则之一，对结构布局以及细节构造进行统一设计，使每一个结构可以随时检查、维修，保证桥梁的使用安全，减少维修成本，提高桥梁设计的长期利益，对于桥梁设计来说，耐久性设计直接影响桥梁的安全性以及经济性。

3.2 加强疲劳损伤分析

为提高桥梁的使用安全，需要分析桥梁的疲劳损伤程度。在桥梁使用过程中，结构体系承受的荷载为动荷载，主要与车辆荷载以及风荷载有关。在动荷载的影响下，会使桥梁的整体结构受到应力影响，结构上会出现振动。在振动影响下，会使桥梁的部分结构出现疲劳性损伤。而且桥梁工程使用的材料不是连续、均匀的，在持续受到动荷载的影响后，会使桥梁出现缺陷，而且这些缺陷会不断地扩大，最终导致桥梁出现损伤，使材料出现裂缝。如果没有及时解决裂缝问题，最终会导致整个结构出现断裂，通过检测很难及时发现早期疲劳损伤，但是疲劳损伤造成的后果是极其严重的。

对桥梁的疲劳损伤进行分析，发现导致桥梁容易发生疲劳损伤的原因与桥梁设计以及钢混、纯钢结构腐蚀有关。在桥梁设计上，钢桥的结构很容易产生疲劳损伤导致结构裂痕。在混凝土结构中，钢混结构也很容易发生腐蚀，对桥梁使用安全造成影响。除整体结构损伤外，关键位置的局部疲劳损伤也会对桥梁的使用造成严重影响。

3.3 加强桥梁超载管理

对桥梁超载情况进行分析，导致超载的主要原因分为以下三种：桥梁超龄负载、桥梁通行量超载以及车辆违规超载。在出现桥梁超载后，会导致桥梁结构疲劳负载加重，加快桥梁损伤，最终导致桥梁被破坏。此外，超载造成的损伤无法恢复，会对桥梁的正常使用造成影响，使桥梁的耐久性以及安全性降低。所以，相关部门需要加强超载管理。

在设计桥梁时，桥梁冗余设计是重点内容，做好冗余设计才可以保证桥梁整体施工的质量，使桥梁结构不会受到外来因素的影响。从我国现状来看，由于人口较多，导致交通量较为拥挤，需要不断提高桥梁结构设计的安全性以及耐久性，减少局部损伤伤害。而且加强冗余设计也可以提高对地震自然灾害的抗性。在桥梁设计工作中，也需要重视结构的整体性，很多桥梁结构为杆系结构，在设计时，重视整体性设计，能够保证桥梁承重均匀以及结构美观，提高桥梁的刚度以及稳定性。

3.4 规范设计标准，积极引进新的设计思路

在桥梁设计过程中，为提高桥梁的耐久性以及安全性，需要不断优化设计标准，使桥梁能够安全使用。此外在设计上，积极学习新的设计理念以及耐久性设计因素，加强对耐久性设计的重视。

4 结语

在桥梁设计工作中，桥梁结构耐久性以及安全性非常重要。很多因素都会导致桥梁的正常使用出现问题，因此需要加强对相关影响因素的分析和控制，从根本上提高桥梁的耐久性以及安全性。在设计环节，需要加强对桥梁耐久性的认知，做好耐久性因素分析。在设计中针对耐久性因素以及安全性因素进行妥善掌控，规避其中不利因素，减少工程事故的发生，延长桥梁的使用寿命，充分考虑桥梁的结构建设以及后期维护等方面需要注意的问题。