对公路桥梁设计安全的探讨

【摘要】桥梁安全性，其实就是结构安全性，所谓结构安全性是结构防止破坏倒塌的能力，是结构工程最重要的质量指标。对结构工程的设计来说，结构的安全性主要体现在结构构件承载能力、结构的整体牢固性与结构的耐久性等。本文介绍了桥梁设计安全的构成，分析了影响桥梁安全性、耐久性的原因，探讨提出了提高公路桥梁安全性和耐久性的设计方法。

【关键词】公路桥梁；设计；安全；方法

中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

近些年来，我国公路工程的建设规模不断发展壮大，各种公路工程施工任务逐渐增多，而公路桥梁工程的建设也随之占据越来越多的分量。桥梁工程的质量好坏评判标准是：是否具有其应有的结构强度、刚度、稳定性和耐久性。而公路桥梁在建设和运用过程中，除了受环境、有害化学物质的破坏以外，还要承受过往车辆、风、疲劳、超载或人为等因素的影响，同时桥梁本身采用的材料也在不断发生退化现象，其内部结构也产生不同程度的损坏和劣化。因此桥梁的设计是决定桥梁的安全性和耐久性的重要因素。

二、桥梁设计安全的构成

对注重结构工程安全性的桥梁设计者来说，安全性和耐久性是设计质量永恒不变的追求。所谓安全性是指结构防止破坏倒塌的能力，主要体现在结构构件承载能力和结构的整体牢固性。耐久性是指结构抵抗由外界环境、有害化学物质侵蚀的能力。

1、桥梁结构的安全性

桥梁结构的安全性主要体现在结构的整体牢固性和构建的承载能力两个方面。桥梁结构的整体牢固性是指结构不应出现与其原因不相称的破坏后果，即在桥梁结构出现局部破坏的情况下，避免发生大范围连续破坏倒塌的能力。结构安全性良好的桥梁，依靠结构具有的优良的延性和必要的冗余度，在对付地震、爆炸等灾害或因人为差错导致的灾难方面，能够发挥较大作用，有效减轻灾害损失。桥梁结构构件承载能力是指桥梁结构具有的承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用的能力。负荷超载，是对桥梁结构构件承载能力的最大威胁，主要体现在以下两方面：

(一)长时间的超负荷或超载，会使桥梁应力幅度加大、损伤加剧，甚至会导致结构破坏事故。

(二)由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性。

2、、桥梁结构的整体牢固性

桥梁结构的整体牢固性是结构出现某处的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力，或者说是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度，用来对付地震、爆炸等灾害或因人为差错导致的灾难后果，可以减轻灾害损失。

3、桥梁结构的耐久性

在桥梁结构的设计与施工规范中，人们往往把重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用下的耐久性要求则相对考虑较少，实际上这样做存在很大的弊端。因为桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀及人为因素等外来作用，加之桥梁所采用材料的自身性能不断退化，各种因素的综合作用最终导致结构部分不同程度的损伤和劣化，从而影响了桥梁各结构的耐久性。因此切实改善桥梁耐久性是十分必要的，必须要对其给予高度的重视。

三、影响桥梁安全性、耐久性的原因

1、设计理论和结构构造体系不够完善

桥梁结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并采用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。但是，在实际工作中，在桥梁设计领域特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题上我们还有许多可以改进的地方，主要体现在以下两方面：

(一)设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视对结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性的关注。

(二)在桥梁设计、施工到使用的全部过程中经常出现的人为错误，比较普遍的有：对结构整体性和延性不足；计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄等，这些都削弱了结构耐久性，严重影响了结构的安全性。

2、施工和管理水平未达标

通过对国内外多座出现安全性和耐久性问题，最终发生恶性事故的桥梁进行认真研究，可以发现导致事故的最主要原因是野蛮施工和管理腐败，施工和管理水平未达到规范和设计要求，从而对桥梁安全造成致命的损害。施工方面的问题体现在材料强度不足和施工工艺不合格；而管理方面存在偷工减料、以次充好等问题，性质更为严重，产生的危害也更大。

四、提高公路桥梁安全性和耐久性的设计方法

1、满足结构混凝土耐久性的基本要求，重视桥梁的耐久性方案设计

提高混凝土自身的耐久性是解决桥梁结构耐久性的前提和基础。除此之外，要从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性。

2、加大钢筋的混凝土保护层厚度，加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝

加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。控制混凝土的裂缝，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。

3、加强桥面铺装层的防水设计

桥面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网，防止混凝土开裂。采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料，都能收到较好的防水效果。桥面铺装层顶面应设置防水层，特别是连续梁(或悬臂梁)的负弯矩段更应十分重视防水层设计。此外．还需加强泄水管设计，应特别注意泄水管周边的构造细节处，加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。

4、充分重视桥梁的超载问题

桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。

结论

许多设计人员往往只满足于规范要求，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体管理与财富性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄；这些都削弱了结构耐久性，会严重影响结构的安全性。桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题，不能忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性进行设计。应积极借鉴国外成功的经验和做法，目前国内的设计除考虑了建造成本，注重设计建成时具有的工作能力和性能外，也应重视营运期的维护成本与使用寿命相对应的成本效益，并且加强从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好耐久性的设计

【参开文献】

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