公路桥梁设计的安全性和耐久性研究

2021-04-12

智能城市 2021年6期

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）

随着社会与经济的不断发展，交通运输设施的建造成为我国重要的发展方向，公路桥梁工程作为其重要的组成部分，对交通运输的质量有直接影响。因此，设计人员应重视公路桥梁设计工作，针对设计中存在的耐久性、安全性问题，基于准确的分析结果，结合设计与建设质量的相关要求，提出可提升安全性、耐久性能的必要措施，以延长路面的使用寿命，保证公路桥梁运行的安全性。

1 公路桥梁设计安全性和耐久性的基本要求

在桥梁及公路设计的过程中，项目施工环节受地形及其他环境影响，无法保证设计的结构准确应用于实际地形中。为提升公路桥梁设计的精准度，应充分考量设计环节中涉及的材料及结构方面的问题，制定科学合理的方案，提升公路桥梁的安全性和耐久性[1]。

在桥梁建设过程中应考虑跨度连续梁结构及城市分布等方面，保障整体设计图纸的作用效果，考量周边居民或其他生活环境对桥梁建设的影响。在设计公路桥梁的过程中，须做好地基处理工作，地基采取的方案应准确配合实际地形结构，确定使用基础结构的方式，选择节省人力、物力资源的施工具体方案，保证基本结构建设的完整性、可利用程度对应后续工程的建设，保证附属设施铺设安装的具体效用。由于施工过程部分工作需要在野外完成，外界环境具有不可控的特点，要求施工作人员选用先进的技术，在保证自身防护工作的完备性的基础上，有效应对恶劣环境带来的不利影响，同时配合使用便于运输的设备，提升公路桥梁建设的质量和设计的科学性。

2 目前公路桥梁设计中安全性和耐久性存在的问题

2.1 预应力损失

管道壁与预应力钢筋间存在摩擦作用，台座间会出现应力松弛的情况，在温度差的作用下，可能会导致应力损失。设计环节应用的钢筋和锚具会在温度和外界条件的作用下产生变形和压缩。公路桥梁需要使用大量的混凝土，混凝土具有弹性压缩的特性，在收缩过程中会发生形变。

在设计环节应强化计算工作，结合外界施工具体状态准确衡量张拉次序，根据不同的施工要求，选择张拉的方式控制对应结构间的张拉作用，考量温度、其他结构的相互作用对应力钢筋混凝土等结构产生的具体影响，避免出现安全隐患[2]。

2.2 截面抗裂性能较差

预压预应力混凝土受弯构件的影响，在不同级别抗震特性的影响下作用于全部或部分预应力构件中，由于短期效应组合的配合应用，使混凝土构件出现正截面拉应力的情况，部分预应力超出限制应力值。实际设计过程中桥梁跨度较大，整体结构重力较高，应根据结构耐久性的要求，设计实施全应力构建。

2.3 结构扰度有待提升

公路桥梁中预应力混凝土结构挠度受承载载荷、部应力的同时作用，部分设计人员为了保证公路桥梁建设的美观性，设计了多种结构的预应力，无法准确考量以上两种影响结构挠度产生要素对实际应力混凝土结构变化的作用，导致混凝土出现向上反拱的情况，不符合公路桥面平整度的要求[3]。在后续的设计环节应准确把控应力钢筋的含量，应用竖向位移结构，提升整体安全性。

3 提升公路桥梁设计安全性和耐久性的方法

3.1 重视安全性和耐久性研究

目前某些公路桥梁设计单位在进行桥梁设计时，更注重公路桥梁外在的美观性，并坚持节约施工成本的理念，未着重考量安全性、耐久性，忽视了公路桥梁在后续使用过程中安全问题。

在后续的设计环节，相关人员应转变设计思想理念，秉持以质量为先的原则。充分考量公路桥梁承载力中包含的承载极限，考虑其他可能影响公路桥梁使用质量和水平的要素，明确各项参数指标，配合后续施工阶段的具体工序和流程，实施严格的质量监控和管理措施，延长公路桥梁的使用寿命。

3.2 完善现有公路桥梁设计制度

由于公路桥梁属于国家基本交通建设工程，为促进行业发展，相关部门应完善目前各项制度，针对其设计施工环节存在的具体行为，提供对应的管理方法、管理意见，监督公路桥梁设计部门严格按照对应的规章制度，开展相应的工作活动。此行为可有效管控公路桥梁设计的质量，避免发生安全事故，通过将规章制度健全化，严格管理设计环节的具体操作，为后续制定科学合理的设计方案，提供制度支持，保证使用的材料设备等满足质量及建设标准，保障及把控设计效果[4]。

3.3 全面考量影响耐久性的要素

在公路桥梁耐久性的设计环节，设计人员应基于施工工艺和材料的相关标准和参数，提供对应的提升耐久性的方案，考量的层面应集中在整体结构上易忽略细小的环节和部位，将公路桥梁后续保养维护及使用环节中出现的问题，加入设计标准及设计安全性耐久性考量的范围内。

相关人员应解决公路桥梁设计中影响质量和运行效果的问题，强化对后期维修维护及施工管理，准确确定具体的使用性能要素，根据牢固性、耐久性等多方面的要求，重视其结构设计中的细小问题，满足国家规定和相关要求，按照建设标准全面应用多方面的新型技术，有效应对维修保养及检测加固等方面会影响后续使用质量的问题。评估桥梁承受灾害危险的能力，确定公路桥梁可承受的危险水平，保证在设计图纸的指引下，提升不同结构应对多种灾害的实际效用，延长使用寿命。

耐久性能提醒在公路桥梁使用、施工、后期维护的全部环节，因此，设计人员应按照整体流程，为设计、建设、管理、后期维护等多个环节提供相应的解决办法，采取协调合作的方式，全面提升公路桥梁设计的安全性和耐久性。

3.4 增加混凝土层的保护厚度

加厚混凝土保护层是提升钢筋混凝土等结构黏合力的关键措施，通过此种方式可避免钢筋受到外界物质的侵蚀作用，可有效阻挡有害介质渗入混凝土。

在使用过程中，外界环境、混凝土中包含的氯离子会扩散到钢筋表面，其扩散的时间与形成的保护层厚度平方成正相关。增加混凝土保护层厚度应充分考虑到这一密切关系，保证设置的厚度符合扩散时间[5]。除了氯离子外碳化现象，产生二氧化碳会降低结构物的黏合力，在设计混凝土保护层厚度的环节中，为增强其对钢筋等其他结构的保护性能，应适当增加混凝土保护层的厚度，保证其结构可维持相应的耐受力作用。

3.5 强化疲劳损伤的研究力度

疲劳损伤会导致钢筋开裂，出现道路桥梁坍塌的情况，为解决以上问题，研究人员提供了新型的解决办法，积极应用多种技术，保障钢筋结构的稳定性。由于选用的强化混凝土的技术未有效解决人为损害和材料腐蚀等问题，出现了疲劳损伤加剧的情况。相关技术人员和单位应强化现阶段使用的具体技术，提供技术革新及优化问题解决方法的具体措施，有效应对钢筋疲劳损伤问题[6]。

3.6 提升公路桥梁的截面抗裂性能

在公路桥梁耐久性和安全性设计方面，应充分考虑截面抗震抗裂性能对实际结构的作用效果，准确对预应力混凝土结构裂痕进行分级，通过计算和实时设计判定公路桥梁对应的抗震抗裂性能，现阶段主要采用三个等级区分混凝土结构的对应性能。一级要求下不允许出现裂缝，二级要求下可以出现裂缝和非标准组合，三级标准作用下完全允许裂缝的产生。针对不同的桥梁公路结构对应的截面，充分考虑对应等级要求，从轴心受力及受弯结构相关层面计算裂缝可能宽度，使用推算模拟技术，保证后续施工工作的科学性。