试论桥梁设计中的安全性与耐久性措施

摘　要：我国的桥梁设计在过去取得了巨大的进步和成就，但在创新理念、工程质量和桥梁耐久性等三方面还存在一些不足，尤其是混凝土桥梁的耐久性问题。本文总结国内外桥梁事故的教训，深入探讨我国桥梁的发展方向，探讨积极采取各种保证安全性和耐久性的措施，尽量避免问题的发生。

关键词：桥梁设计；安全性；耐久性

当前，桥梁工程质量的问题主要是由于过快的建设速度造成不合理的设计周期和施工工期，引起设计缺憾和施工隐患，层层分包带来施工资质降低和偷工减料，损害了工程质量和耐久性，监理制度不严格以及由于人工过于低廉对施工设备更新带来不利影响。

1.桥梁设计中安全性和耐久性问题的产生原因

桥梁耐久性是指桥梁在正常使用和维护条件下，随时间的延续仍能满足桥梁既定功能的能力。通俗的讲也就是桥梁的使用周期。桥梁的安全性是指在桥梁在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。

目前问题的产生，主要基于以下原因：一是设计理论和结构构造体系不够完善。在桥梁设计过程中很多工程设计人员一般只考虑建筑规范对桥梁结构强度计算上的安全度需要，这就很容易忽略了从结构体系、结构构造、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。二是设计人员没有结合桥梁所在地区的材料实际供应情况。在桥梁的设计阶段就要考虑建造桥梁期间的材料供应问题，在乡镇，一般情况下优质的建筑材料不是太多，如果设计中要使用高强度混凝土（如预应力空心梁混凝土设计为　C50），就由可能给桥梁的施工带来很大困难。因此，在乡镇地区，桥梁混凝土抗压强度设计为　C40　为妥。而在市区，预应力空心梁混凝土抗压强度设计为　C40　或　C50　均可，因市区一般都有商品混凝土基地，砂石材料供应质量有保障。三是施工和管理水平低。国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。而大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，出现了影响正常使用的病害与劣化；特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，这也与施工质量低下有重要关系，典型的问题有钢筋保护层不足及目前广泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题（主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等）。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。

2.桥梁设计中安全性和耐久性问题的应对措施

一是设计人员要把握整体结构的寿命和各部件的寿命。工程师必须清醒承认整体结构的寿命和各部件的寿命是不等的，如橡胶支座寿命不超过　20　年，拉索的寿命仅　10～40　年等等。只有对这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件在构造上保证可查、可修、可换、可加强，对结构在外因剧变情况下，结构的变形要在构造上“可控”，才能够在运营阶段对桥梁进行维修、加固等措施，从而保证结构的耐久性。桥梁设计要依据国内建筑工艺水平桥梁工程设计人员在设计桥梁的时候就应该充分考虑到我国当前的施工和管理水平和材料工艺水平，设计时采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁使用性能的达到，这才是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题很多与结构体系或使用材料选择不合理及结构细节处理不当有关。

二是桥梁设计之初就要考虑全过程安全性与耐久性问题。新建一座结构时，业主确定建筑用途提出耐久性要求，即结构使用寿命期。在设计和建造阶段，应该特别注意到所有与耐久性有关的问题，比如材料的选择、施工的方便与否、使用和维护、能过时、寿命期费用等，就耐久性要求与业主充分协商，根据业主的要求确定建筑物及其构件的设计使用寿命，确定设计方案（荷载、结构等），指定或选择材料、构件和组件和施工方案，设计和施工方法选取的依据基点不能离开投资成本的经济效益问题。要做好桥梁质量检测及安全评价，要做好桥梁承载能力极限状态的试验研究，做好预应力混凝土连续箱梁桥和简支　T　梁桥的实桥破坏性试验。要以影响系数的形式定量考虑设计中未考虑或考虑不充分的因素对承载力的不同影响，要运用最新科学技术，例如，采用对混杂碳纤维传感器监测技术、基于　BOTDR　的混凝土桥梁裂缝检测技术、X　射线无损检测预应力孔道灌浆密实度技术等。

三是桥梁建设的各个环节要注意安全性和耐久性问题。在工程建设中，工程各方，如设计方、业主、承包商、监理各方所处角色不同，发挥的作用不同，着眼点不同，同时，各方对工程质量的理解、对规范的理解与执行很难统一，而且各方在工程建设的各个环节中往往脱节，各个环节的有效衔接是保障工程质量的必要措施。为此，国家许多重点工程都明确要求由具有鉴证、检测资质和技术服务能力、工程经验的科研单位进行全程质量监控与指导，高素质的科研技术人员直接服务于一线，既有丰富的实践经验，又有深厚的理论功底，可以很好地为工程建设服务、解决现场疑难。

四是认真做好桥梁维修加固工作。随着我国公路交通的快速发展，至2011年底，全国公路桥梁已达70万座。但一些建成年限较久的桥梁，因受当时技术标准和设计、施工技术水平所限，加上缺乏有效的养护维修，不同程度地存在一些病害或承载力不足；近年建成的桥梁，有的也已暴露出缺憾和不足，难以保证桥梁处于正常使用状态，必须实施加固。与此同时我国桥梁检测、评定和加固技术虽然受到高度重视，但系统完善地诊断病害、实施合理加固后的桥梁评定仍显不足，桥梁检测评定与加固关键技术尚待充分有效的推广。

五是重视对疲劳损伤的研究。桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题，由钢结构疲劳引起的钢材开裂案例较多，亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近　20　年来，疲劳损伤的研究已进入混凝土结构，但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言，事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效，例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。

参考文献：

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