公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨

纳小刚

（青海西拓交通工程咨询有限责任公司 810000）

0 前言

我国每年因交通事故引发的人员伤亡数量是非常惊人的，造成如此多的交通事故除了司机方面的原因，还有因为公路桥梁工程建设的耐久性以及安全性的原因。因此，在公路桥梁工程的设计过程中，对于其设计的耐久性和安全性方面的考虑必须要格外重视，以保证公路桥梁工程更好地为人们服务，为社会发展贡献出应有的价值。

1 保证公路桥梁设计安全性、耐久性的意义

对于公路桥梁来讲，公路桥梁是供公路或市政道路跨越河流、山谷或其它交通线使用的具有承载力的专门的人工构造物，具有连接不同地面交通的功能。在改革开放以后，随着我国交通建设速度的不断提升，使得其规模、数量等方面有了明显的提升。但是因受到社会快速发展的影响，对交通质量、功能等方面的要求有了明显的提升。尤其是对于公路桥梁的安全性与耐久性来讲，直接影响到了后期的使用。公路桥梁安全性是从桥梁的结构、承载能力等方面的评定，而在对桥梁质量进行评定时，则是从结构合理性、结构重要系数等来提出的，在安全模型、采集数据样本等环节中则需要针对应力、扭矩等进行分析。公路桥梁的耐久性则是从正常条件下桥梁在正常使用状态时的时间长度和频率、次数。在理论层面中则是针对材料、工艺含量等来说的。可以说公路桥梁的安全性、稳定性属于同一问题中的两个层面，不论是哪一个层面，一旦出现问题都会对群众的生命财产安全产生直接的影响。加之公路桥梁有着投资大、周期长等特点，如果在开展建设施工前没有做好全面的规划与设计，那么势必会在后期施工中出现秩序混乱、交叉施工等问题，甚至还会对经济效益、社会效益等方面产生出一定的影响。因此在公路桥梁设计中需要从整合文献资料出发，做好实践调查与研究工作，找出目前公路桥梁设计中存在的问题，在转变传统设计思想与认知的基础上做好调整工作，确保公路桥梁设计的合理性，满足施工要求[1]。

2 公路桥梁安全性与耐久性的影响因素

2.1 设计理念滞后

近年来，虽然我国公路桥梁施工工艺得到了快速发展，但对于偏远地区或自然环境较差的地区低等级公路的桥梁，其相对应的设计理念却未能实现同步发展，与国际先进水平相比仍存在较大差距。设计理念的滞后导致设计工作者在进行公路桥梁设计时，将公路桥梁的安全系数取过大值，导致桥梁结构的构件尺寸、材料标号、钢筋用量均偏大。此种情况一方面会导致公路桥梁设计的经济合理性相对降低，另一方面也会导致设计方案中对公路桥梁的耐久性存在一定忽视情况，这不利于保障设计方案中公路桥梁的耐久性[2]。

2.2 设计方案不合理

通常来说，在进行公路桥梁设计时应对技术可行性、成本控制等诸多方面的内容进行综合考虑，并依据相关行业规范及国家标准的要求来合理选择安全系数。但结合实际情况来看，对于偏远地区或自然环境较差的地区，低等级公路的桥梁设计方案、结构选择不灵活。批量化设计导致很多桥梁结构选型不适应本道路或不适应跨越本河流结构臃肿。设计方案都过于侧重安全性设计，而对于桥梁整体结构体系、使用材料、实际耐久性以及后续运行过程中的各种干扰因素所造成的影响的考虑则存在一定的不足。如此便导致公路桥梁在运营期间极易受到各种因素的影响，进而导致公路桥梁的安全性和耐久性无法达到设计预期[3]。

3 公路桥梁设计中的安全性和耐久性要点分析

3.1 转变设计理论

应吸收国内、国际先进的设计理念，改变固有的设计方式和思路。结合实际情况，针对每座桥梁的实际环境和建设条件，从适应性和限制条件研究，找到桥梁建设的工艺、材料、结构选型，保障设计理论的合理性和有效性。此外，在进行设计理论转变时还需要以公路桥梁的安全性、耐久性为出发点，确保新设计理论能够满足桥梁安全性、耐久性设计的相关要求，最终保障桥梁的全阶段质量。

3.2 完善设计方案

3.2.1 结构与选材

公路桥梁的设计结构和选材均会对公路桥梁的安全性和耐久性造成极大影响。因此，在设计过程中，设计工作者应结合建设区域的地质、地形、气候、水、土腐蚀等诸多条件因素，合理选择公路桥梁建设材料、完善设计结构，并且为后续施工提供指导，设计工作者还需要对各种材料的质量、规格以及产地等诸多内容进行严格限定，在一定程度上避免施工中的偷工减料情况。

3.2.2 重视疲劳损伤设计

在公路桥梁运营期间，桥梁在承受自重荷载和车辆、人群等荷载的影响，梁板处在一个弹性的工作状态，公路桥梁所承受到载荷变化将会引发公路桥梁结构的振动，长此以往之下便会导致公路桥梁出现疲劳损伤问题，该些问题在积累到一定程度上以后便会导致公路桥梁出现裂缝等严重质量问题，最终影响公路桥梁的安全性和耐久性[4]。对此，设计工作者需要以设计方案为基础，通过仿真模拟技术等新型技术对设计方案进行仿真模拟，确定公路桥梁在后期运营过程中出现的各种疲劳损伤情况，进而对设计方案进行优化，避免因疲劳损伤引发各种严重的安全性和耐久性问题。公路桥梁所使用的建筑材料无法完全保证其均匀性和连续性，在复杂且不断变化的环境下极易发生扩散，产生损伤。鉴于此，为提高公路桥梁的安全性，改善这类问题，设计者在设计环节需要对桥梁结构以及在疲劳荷载的情况下桥梁的反应深入展开研究和分析，并积极寻找相关的解决措施，此外，在有充裕时间及实践机会的情况下，还需要认真分析并考虑风力荷载和交通荷载对桥梁结构造成的影响[5]。

3.3 加强桥梁远景年交通量的计算与应用

现如今，对于偏远地区低等级公路桥梁特别是早期修建的桥梁，都面临着承受载荷超过设计载荷的情况，该种情况将会严重影响公路桥梁的行车安全性。设计工作者需要在设计过程中根据桥梁所在地区的人口、交通情况、经济发展、规划等，在设计过程中加强对桥梁远景年交通量及使用车辆的评估计算。针对不同交通量合理确定桥梁宽度、荷载、结构尺寸。针对交通量大、重载车辆多的桥梁，要保障功能桥梁综合效益的情况下，提高公路桥梁的设计载荷，降低超载问题对公路桥梁安全性和耐久性造成的影响。针对交通量小基本无重载车辆的桥梁，设计工作者还应结合功能桥梁设计载荷情况，合理计算公路桥梁的限高和限重，避免过高或者过重的车辆在公路桥梁中行使，从而对公路桥梁的安全性和耐久性造成影响。

4 关注防腐材料的合理化应用

在设计公路桥梁的过程中，作为新时代产物，环氧树脂涂层钢筋的应用可有效降低周围环境对公路桥梁的腐蚀性影响，若能够将其合理运用，则可有效提升桥梁的使用年限，保障其耐久性，图1为环氧树脂涂层钢筋。与此同时，锚头区极易出现被腐蚀的状况，严重时，甚至会导致桥梁坍塌，鉴于此，桥梁设计者可在设计环节，合理采用耐腐蚀的环氧树脂材料将锚头区域采用环氧树脂涂层钢筋，以此来降低桥梁被环境侵蚀的概率。

图1 环氧树脂涂层钢筋

5 加强保护层设计

保护层设计主要针对的是钢筋混凝土构件，避免钢筋与大气直接接触造成碳化现象，如图2所示。一般将构件内部钢筋到构件表面的距离就是保护层的厚度，保护层厚度越大外界侵入构件内部的概率就越小，间接提高了钢筋混凝土构件的耐久性，。但要注意保护层厚度太大也会起到反作用，受到外来压力时，所产生的裂缝也会变大，安全性反而会降低，所以必须合理设计构件保护层厚度，针对不同地区、不同环境、不同构件，钢筋保护层厚度必须满足规范要求[6]。另外为了加强构件的耐久性，混凝土强度的设计也尤为关键，如果施工时选用的低强度的水泥，配置的混凝土却是高强度的，那么水泥用量就会大幅增加，不仅耗费资源，而且水化热大浇筑的混凝土构件极容易产生裂缝，相反情况也会产生弊端，因此混凝土的强度设计也要进行规范。

图2 钢筋保护层示意图

6 加强维护

公路桥梁在建成投入使用后，需要进行表面防护，来延缓有害物质对钢筋混凝土的侵蚀，提高结构物的耐久性。目前有两个方面需要较多的表面维护，一方面是北方进入冬季下雪后表面会出现冻融破坏，积水可能渗入混凝土内部，温度低结冰导致混凝土构件膨胀，另外在使用除雪剂后其中含有的腐蚀物质可能进行裂缝，进一步侵蚀桥梁内部结构，为桥梁安全带来隐患，需要及时进行融雪清理，并在桥梁表面和出现裂缝处喷涂保护材料[7]。另一方面，我国气候变化较大，沿海或盆地等城市时常会有多雨潮湿天气，由于雨季漫长，桥梁路面长时间处在湿润状态，无法得到干燥，裂缝浸泡后会逐渐开裂，形成坑洼。所以要及时进行填补和维修，减少雨水对裂缝的侵蚀[8]。

7 结束语

总而言之，随着经济建设的进一步发展，我国公路桥梁的运行负担正在日益加重。在这样的背景下，需要公路桥梁工程建设具有更高的质量保证。这就需要在公路桥梁工程进行实际的设计时，多关注公路桥梁的安全性和耐久性，将更多先进的设计理念以及相关的设计创新方法合理地应用到公路桥梁的设计之中，从而使得所设计出来的公路桥梁具有更高的质量水准，在更好地保障出行人员安全的前提下，进一步提升公路桥梁工程建设的安全性和耐久性。