廣東省茂名市交通設(shè)計(jì)院 廣東茂名 525000

摘要：橋梁結(jié)構(gòu)安全性與耐久性差以及如何提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性等問(wèn)題，既是研究的熱點(diǎn)，也是迫切需要改善的難點(diǎn)。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)期間，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的承載力計(jì)算、變形和裂縫驗(yàn)算的同時(shí)還應(yīng)考慮耐久性問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；安全性；耐久性

1.橋梁結(jié)構(gòu)安全性與耐久性現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)公路橋梁建設(shè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，截至2014年底我國(guó)橋梁總數(shù)已達(dá)75.7萬(wàn)座，橋梁修建總長(zhǎng)已有4257.9萬(wàn)米，一批具有世紀(jì)影響力的大橋相繼建成，投入使用。

然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)環(huán)境不斷惡化，大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期所遺留的問(wèn)題，伴隨著公路橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，橋梁安全性與耐久性問(wèn)題日益成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，其安全性能、耐久性能差，服務(wù)壽命短等問(wèn)題逐步凸顯，頻繁出現(xiàn)的公路橋梁安全事故以及大量橋梁未達(dá)到使用年限而面臨大修加固。與此同時(shí)，我國(guó)的橋梁面臨著與國(guó)際上眾多國(guó)家的橋梁同樣的問(wèn)題，那就是一大批橋梁已經(jīng)進(jìn)入“老齡”的階段，一些橋早已出現(xiàn)各種“病害”，卻常年帶“病”運(yùn)營(yíng)，潛伏著巨大的安全隱患。此外，因當(dāng)初的設(shè)計(jì)荷載與當(dāng)今的實(shí)際荷載條件已不相稱而帶來(lái)的結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題；超期超載使用的各種危橋、舊橋。這些事實(shí)使得我們不得不重新審視我國(guó)公路橋梁的安全性與耐久性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，按橋梁管養(yǎng)的技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果分類，技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為四、五類的“危橋”有9萬(wàn)多座，占橋梁總數(shù)的13.3%；一、二、三類橋59萬(wàn)多座，占總數(shù)的86.7%。

2.影響橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的因素分析

2.1設(shè)計(jì)理論與結(jié)構(gòu)體系不合理

橋梁設(shè)計(jì)是影響橋梁安全性和耐久性的關(guān)鍵因素，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)才會(huì)建造出安全性能高的橋梁。目前我國(guó)的許多橋梁設(shè)計(jì)都只注重規(guī)范對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算的安全需要，忽略了結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)耐久性等方面的重要性。因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理所導(dǎo)致的安全和耐久問(wèn)題有很多。例如，橋梁結(jié)構(gòu)的整體性及延性不夠、冗余性較小，混凝土強(qiáng)度低以及鋼筋保護(hù)層厚度小等導(dǎo)致的橋梁結(jié)構(gòu)耐久性較低，存在很大的安全隱患。

2.2橋梁結(jié)構(gòu)承載力不足

橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)期間承受的實(shí)際汽車荷載大于汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)期間承載力不足。其主要原因是：第一、早期修建的橋梁結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)低且服役時(shí)間較長(zhǎng)；第二、車輛超載現(xiàn)象嚴(yán)重。前者主要是由于早期在修建橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)今后交通量增速的預(yù)測(cè)不足，而且由于橋梁服役時(shí)間較長(zhǎng)，橋梁結(jié)構(gòu)性能較差；后者是由于我國(guó)公路管理運(yùn)輸模式和運(yùn)輸業(yè)經(jīng)營(yíng)者追求利益的最大化的影響，車輛超載運(yùn)輸導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷加劇。

2.3疲勞損傷的影響

疲勞造成橋梁結(jié)構(gòu)安全性低、耐久性差的主要原因大致可以分為橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期間汽車超載以及養(yǎng)護(hù)管理不到位等。

汽車超載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的影響主要是由于早期修建的橋梁結(jié)構(gòu)何在標(biāo)準(zhǔn)較低；過(guò)橋車流量的增加和重車比率的不斷攀升、車輛超重現(xiàn)象的日益頻繁。一方面會(huì)增大橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞應(yīng)力幅度，出現(xiàn)一些因超載導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞的事故；另一方面由于超載所導(dǎo)致的橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷是無(wú)法恢復(fù)的，這些必然引起橋梁結(jié)構(gòu)的開裂，嚴(yán)重威脅到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性。

運(yùn)營(yíng)期間的橋梁結(jié)構(gòu)，不僅要承受車輛荷載等外荷載的作用還要承受自然災(zāi)害如特大洪水、臺(tái)風(fēng)、地震等災(zāi)害的侵襲，造成承載力降低，混凝土結(jié)構(gòu)開裂。另外，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)本身所使用的材料并非連續(xù)、均勻的，而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在著眾多肉眼所觀察不到的缺陷。在外荷載的反復(fù)作用下，這些微小的缺陷漸漸的會(huì)形成疲勞損失，隨著時(shí)間的推移也會(huì)出現(xiàn)明顯的裂紋。造成橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性不足。

3.提高橋梁結(jié)構(gòu)安全性與耐久性的措施

3.1完善設(shè)計(jì)理念

目前，在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)方面等因素，而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性考慮的較少。應(yīng)該及時(shí)完善設(shè)計(jì)理念，改變過(guò)去僅從設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量上考慮的設(shè)計(jì)理念。在認(rèn)真研究和探討的基礎(chǔ)上還要考慮橋梁的安全性、耐久性和整體牢固性，對(duì)不同工程結(jié)構(gòu)的災(zāi)害與可接受危險(xiǎn)水平進(jìn)行科學(xué)評(píng)估和分析，在此基礎(chǔ)上提出合理的安全性和耐久性設(shè)計(jì)理念。從材料選擇、施工質(zhì)量、橋梁使用和維護(hù)功能等方面確定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。

3.2進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)

合理的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)整體性好，構(gòu)件體形變化平順。這不僅使結(jié)構(gòu)優(yōu)美的外形，而且構(gòu)件體形變化平順、節(jié)點(diǎn)處或邊界條件過(guò)渡平順、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)也是結(jié)構(gòu)受力合理的必要條件，與此同時(shí)，還可以提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。

橋梁結(jié)構(gòu)的整體性可以保證橋梁在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)具有良好的使用性能及對(duì)局部損傷和破壞具有適當(dāng)?shù)牡挚鼓芰Γ@些特點(diǎn)有利于結(jié)構(gòu)抵抗諸如超載、地震等荷載。例如伸縮裝置，長(zhǎng)期暴露在大氣中，使用環(huán)境比較惡劣，是橋梁結(jié)構(gòu)中最易遭受破壞而又難以修補(bǔ)的部位。橋梁伸縮裝置在設(shè)計(jì)、施工上稍有缺陷或不足，就會(huì)引起其早起破壞；而橋梁伸縮裝置的破壞，又會(huì)引起很大的車輛沖擊荷載，惡化行車環(huán)境，急劇降低橋梁使用壽命。世界各國(guó)的專家和學(xué)者都曾努力尋求最好的伸縮裝置，然而最終得到的結(jié)論是“最好的伸縮裝置就是無(wú)伸縮縫”。近年來(lái)，國(guó)外在修建橋梁時(shí)通過(guò)減少甚至取消橋梁接縫和支座來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和適用性，同時(shí)可以減少后期的維護(hù)費(fèi)用。美國(guó)等國(guó)家已經(jīng)修建了一些沒有支座和伸縮縫的整體式橋梁，使用情況良好。因此，已經(jīng)有越來(lái)越多的人開始研究整體式橋梁的可行性。

3.3治理車輛超載現(xiàn)象

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，運(yùn)輸行業(yè)蓬勃發(fā)展中不斷壯大，但是由于利益的驅(qū)使，很多車輛存在嚴(yán)重超載的現(xiàn)象。這樣現(xiàn)象的大量存在，給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害。由上所述，超載車輛在通過(guò)早期修建的橋梁的時(shí)候，由于早期的橋梁結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低，加之服役時(shí)間久，容易導(dǎo)致嚴(yán)重橋梁結(jié)構(gòu)損傷問(wèn)題的出現(xiàn)。而對(duì)于新建的橋梁結(jié)構(gòu)，雖然其荷載標(biāo)準(zhǔn)較高，但是車輛超載依然會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，將使得橋梁結(jié)構(gòu)在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能威脅到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

3.4加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期間的監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修管理

橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)期間除承受自重等靜荷載外還要承受車輛荷載、風(fēng)荷載等動(dòng)荷載的作用。作用在橋梁結(jié)構(gòu)上由車輛荷載、風(fēng)荷載等動(dòng)載所產(chǎn)生的應(yīng)力并非一塵不變，而是隨著荷載的變化而變化。這種動(dòng)荷載不僅會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，而且會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、應(yīng)力變化幅度較大的局部部位造成積累性的疲勞損傷，造成橋梁結(jié)構(gòu)的承載力降低和局部失穩(wěn)。另外，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)所用材料并非連續(xù)、均勻的。因此，在動(dòng)荷載的循環(huán)作用下，原先存在的這些小缺陷便會(huì)逐漸擴(kuò)大，最終產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷，導(dǎo)致橋梁裂紋的出現(xiàn)。因此，公路橋梁的維修部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期間局部受力復(fù)雜部位的監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)和維修管理，增加后期資金的投入，并進(jìn)行定期檢測(cè)、評(píng)估和維修工作。在關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的同時(shí)，而且也要對(duì)受力復(fù)雜、應(yīng)力變化幅度較大的局部部位進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，避免橋梁結(jié)構(gòu)因局部失穩(wěn)而造成嚴(yán)重影響。

4.結(jié)語(yǔ)

橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期自然環(huán)境和使用條件下會(huì)逐漸老化、損傷甚至破壞，嚴(yán)重影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。過(guò)去，工程界對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性考慮主要是集中在設(shè)計(jì)、施工階段，而對(duì)運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)的影響結(jié)構(gòu)安全性的問(wèn)題重視不足。對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的考慮和規(guī)定一般包含在安全性中，顯性的規(guī)定較少。事實(shí)表明，傳統(tǒng)單一層面尋求結(jié)構(gòu)的安全性已無(wú)法滿足當(dāng)前復(fù)雜多變的使用環(huán)境。因此，未來(lái)在基于安全性要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題。

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