桥梁耐久性设计

摘要：本文利用耐久度来衡量结构保持耐久性的能力，并通过计算耐久性指标来评判某一时刻结构耐久性能否满足设计要求。这种方法强调了各种多因素共同作用、结构体系和构建荷载类别以及桥梁寿命周期经济性对耐久性的影响，具有概念明确、形式简单、便于应用等特点。

关键词: 桥梁结构 耐久性设计 可靠度

中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：

引言

随着我国桥梁数量不断增多，也暴露出了很多相关缺陷和不足之处，有些桥梁因为没有达到设计初期预计的寿命而出现耐久性能退化的现象，严重的可能发生倒塌等一系列毁灭性事故，这无疑给社会带来了巨大的经济损失。所以，桥梁耐久性能的不足和缺陷已经被社会各界关注，提高耐久性将会是21世纪桥梁技术发展进步的重要因素之一。

1.桥梁的设计原则与理念

1.1桥梁设计原则

小至独木桥，大至跨海大桥，它们的设计和制作都需要符合三个原则，安全、耐久、美观。桥梁是架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的重要手段，确保桥梁的质量是首要任务。桥梁除了稳固，还要耐久，这些都涉及都选材和设计方面的内容。近年来，发生了几起桥梁坍塌事件，这引起了人民对桥梁是否能正常使用，耐久性强弱的关注。桥梁建设涉及到人民生活是否得到保障，设计者、建设者及国家都应该加大对桥梁建设的监管力度，保证桥梁顺利完成并正常使用。

1.2桥梁设计理念存在的问题

当今桥梁设计日趋成熟，体现在更多的桥梁安全通行，促进了各地的交流。但是依然存在着一些问题，过于追求美观，而忽视了桥梁的整体实用性。当今桥梁设计成为建筑界的一个难题，也是一个重要的课题。设计新颖能让人民眼前一亮，近几年来，吊索桥，悬空横跨大桥等不仅美观，同时建设难度也不断加大。只在乎外在而忽视了桥梁的实用性是不可取的，同时也会出现安全隐患。节省材料，造成建筑问题。混凝土是建筑桥梁的主要材料之一，由于材料不足，或质量有问题，使桥梁的整体质量和安全性较低，一方面是节省了不少费用，但是日后的修复和保养费用远远超过预期。考虑到桥梁的强度而忽视了耐久性，考虑到桥梁最大承受力的极限而忽视了使用极限。一座桥梁不仅仅要考虑到可通行车间的多少，也要考虑到此桥能通车多久，如果一座桥梁建设后不到一年则出现了问题，即使它的损伤是具有可修复性，也会对人民带来不便，一开始不注意耐久性的设计，桥梁完成后，再进行设计修改是非常艰难的，浪费了人力物力，也体现一个国家的建筑知识与能力还未成熟。重视建设过程而不注重后期的修复与维护，不注意后期的修复与调整，使事故变成不可预知性，加大了事故的发生概率。

2.桥梁结构耐久性问题

我国共有公路桥梁310773座，共计12466143延米。截止2010年，我国各类桥梁数量如下表：

表1：我国各类桥梁数量表

近三年全国的危桥基本保持在1万余座，占永久性桥梁的3-4%。桥梁营运过程中，由于频繁承载，甚至超载，再加上自然因素（如雨、雪等）的影响，以及交通事故等人为事端的侵袭，会造成桥梁损伤和局部破坏。随着使用年限的增加，桥梁的损伤种类和损伤部位会越来越多，其程度也会越来越严重。如果因设计和施工的原因，导致一座先天不足的桥梁，则运营中更会问题不断，难以维持正常使用状态。因此，桥梁结构的耐久性问题和养护维修工作越来越显得重要。只有认真地、不断地对桥梁结构的病害进行养护维修才能保持桥梁的各组成部分处于健康状态，确保桥梁抵抗自然灾害的能力。在保证安全运营的同时，最大限度的实现和延长桥梁的设计和使用寿命。目前，通过了解我国桥梁的现状，认识到我国桥梁的养护工作不仅浪费者大量的人力物力，同时也造成了经济上的浪费和交通服务上的不便。为彻底解决我国桥梁的耐久性问题，我们必须从桥梁设计阶段开始重视桥梁的耐久性,认真总结提高桥梁耐久性的方法,确保桥梁的耐久、适用。

3.提高桥梁结构耐久性的主要设计方法

结构设计、施工质量、后期养护和运营维修等都是影响混凝土桥梁结构耐久性的主要因素，而结构设计应该说是最关键的，如果在设计阶段就做到关键技术参数合理选取、正确的取用规范、确定合理的设计条件，同时选择合乎要求的混凝土和钢筋材料，就能对结构的耐久性做到总体的控制和把握。当然，施工质量是结构耐久性的基础保障，要求严格按施工技术规范和正确操作规程进行，满足设计要求。混凝土构件的养护要求在规范的时间内控制好构件的湿度和温度，严防混凝土出现早期开裂。提高结构的耐久性需要采取综合的措施，设计方面应重点从以下方面考虑提高混凝土桥梁结构的耐久性。

3.1基于随机动态可靠度方法的耐久性设计

桥梁施工风险源大致可分为两大类：自然风险和人为风险。自然风险有地震及地震引起的海啸、滑坡、山崩、泥石流、洪水等水文地质灾害．台风、龙卷风和飓风、暴风雪、严寒、酷热等气象灾害：人为原因有设计的错误、施工管理的错误和问题、施工操作的错误等。从风险事故表现来看大致可以分为三类：①桥梁自身的质量事故和质最缺陷。②完成主体工程采取必要的临时工程的事故而造成的人员伤亡和财产损失。③桥梁施工过程中出现的其它相关的事故。

基于随机动态可靠度的耐久性设计方法是直接计算结构在不同时刻t的抗力效应与荷载效应两个随机过程，用蒙特卡罗法等方法水对应时刻功能函数的可靠度，从而求出混凝土结构的动态可靠度变化。从理论上讲，这种方法很适合混凝土结构的耐久性研究。从强度降低的计算，某一时刻抗力效应随机变每计算、该时刻功能函数可靠度计算到最终回归出动态可靠度函数．每个步骤部可使用计算机来实现。这种研究思路属于安全耐久性设计的范畴，与结构承载力极限状态十分相似。混凝上结构耐久性失效的功能随机过程为：

Z(t)=R(t)一S(t)；式中：R(t)为结构抗力随机过程，S(t)为结构荷载效应随机过程。

3.2基于使用寿命的耐久性设计与常规设计方法

传统的桥梁结构设计方法其本质是基于构件强度的设计，强度是反映结构在菜一时刻承受某种荷载或作用的能力，其基本输入是结构的几何参数、设计细节等结构的固有特征，其输出必须满足外荷载效应的要求，设计过程实际足对输入参数的反复调整。耐久性是反映结构随着时间的增长而保持其初始性能的能力，性能随时问的变化是耐久性的本质特性，其基本输入是结构的性能指标、时间及使用条件参数，其中。强度也是性能的一个重要组成部分。由此可见，耐久性设计的基本输入恰好是传统结构设计的输出，因此耐久性设计必须基于传统设计的结果，其设计过程是对桥梁的初始性能进行调整以满足时间对结构的要求，而桥梁初始性能的调整又建立在结构基本几何参数等进行调整的基础上。所以，虽然耐久性设计是针对动态时间段的设计，而传统的结构设计是针对某个点的设计，但其最终的立脚点都在桥梁的基本设计参数上；由于有些影响耐久性的因素并不影响某个时刻桥梁的承载力。因此两者的影响因素并不完全相同，即使影响因素相同也存在着影响有利与不利的不同，及影响程度的不同，可以说二者是既有区别又有联系。

4.结束语

桥梁安全性和耐久性不足是当代桥梁建设面临的主要问题，要积极借鉴国外及历史建设中成功的经验和做法，一方面对做好桥梁建设的监管，另一方面要提高设计者的能力，做好耐久性的设计。在专注于桥梁建设的强度与美观之外，也要关注桥梁的耐久性，确保桥梁的安全性。根据国家当前的发展路线，已经坚持环保节能，提高桥梁的建设价值，坚持可持续发展道路，深刻领会加强混凝土结构耐久性的重要意义。

参考文献：

1.李芳.现代桥梁建设的耐久性分析与设计[J]北京出版社.2011.9

2. 张树仁、王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].人民交通出版社.2006

3. 刘秉京.混凝土技术[M].人民交通出版社.2004

作者简介：1、张彦岭（1983-），男，2008年毕业于华北水利水电学院工程力学专业。

2、马宁，男，2008年参加工作，助理工程师。

（备注：作者简介放在第一页）