Analysis and Discussion on Safety and Durability of Highway Bridge Design

1 引言

自20世紀末開始，我國公路橋梁工程進入快速發(fā)展時期，各類路橋工程的建設(shè)規(guī)模不斷擴大。隨著公路橋梁工程的運營，使用過程中需要面對各類復雜情況，橋梁耐久性會逐漸降低。而且，隨著各類車輛的增加，橋梁承載能力面臨越來越大的考驗，各部構(gòu)件的老化速度也在加快。為提升公路橋梁的安全性、耐久性，需要在設(shè)計過程中加以重視，采取有效措施解決可能面臨的問題，從而保證公路橋梁工程建設(shè)質(zhì)量。

2 造成公路橋梁設(shè)計過程中存在的安全性、耐久性問題的主要原因

2.1 設(shè)計理論體系存在缺陷

當前，公路橋梁工程設(shè)計理論更多的是針對橋梁靜態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，各類設(shè)計理論體系對路橋工程完工后的性能參數(shù)關(guān)注比較多。然而，對于橋梁工程材料、結(jié)構(gòu)的物理性能、力學標準隨結(jié)構(gòu)使用發(fā)生的變化缺乏分析，對公路橋梁靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計建造成本關(guān)注比較多，對橋梁運營過程中的成本問題重視不夠【1】。

2.2 設(shè)計理念更新不及時

我國公路橋梁工程建設(shè)水平不斷提升，設(shè)計流程、技術(shù)也在逐步完善，但由于受傳統(tǒng)設(shè)計理念影響，各類新型設(shè)計理念的接受程度不足，設(shè)計流程還需要不斷完善，造成公路橋梁的結(jié)構(gòu)性設(shè)計仍存在較大缺陷。實際開展橋梁工程設(shè)計工作中，更多的設(shè)計人員只考慮橋梁的安全性，將安全系數(shù)調(diào)整到較大層級，但對于橋梁結(jié)構(gòu)的整體耐久性考慮不足，對于設(shè)計方案的優(yōu)化意識不足，沒有合理控制橋梁構(gòu)造體系及應力體系的合理轉(zhuǎn)變。

2.3 設(shè)計方案缺乏科學性

在進行橋梁工程設(shè)計時，先要確定一種在經(jīng)濟方面、技術(shù)方面都可行的設(shè)計方案，并選擇相關(guān)規(guī)范和標準要求的安全系數(shù)來保障橋梁工程的安全性。但是，我國在橋梁工程的設(shè)計方案選擇方面仍存在需要改進的地方。在進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，橋梁工程師一般僅考慮橋梁結(jié)構(gòu)保證安全所需要的強度大小，而對橋梁工程的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)耐久性以及橋梁工程運營使用期間可能發(fā)生的人為因素和不可抗力因素對公路橋梁安全性、耐久性的影響重視程度不夠。比如，在設(shè)計橋梁工程施工方案時，橋梁工程師未對橋梁結(jié)構(gòu)表面混凝土材料的厚度做統(tǒng)一規(guī)定，可能導致橋梁工程在施工完成后，橋梁結(jié)構(gòu)表面的混凝土出現(xiàn)厚度差異性較大的現(xiàn)象，在橋梁投入運營后可能會因壓力過大而出現(xiàn)混凝土板斷裂或橋梁坍塌等病害，這樣就會在很大程度上降低公路橋梁安全性和耐久性【2】。

2.4 設(shè)計規(guī)范性不充分

當前，我國對于公路橋梁工程設(shè)計的方案、標準中不僅有過去成功的經(jīng)驗，也有新制定的各類要求，這些項目更多的是對過去工作的總結(jié)，而我國橋梁工程建設(shè)環(huán)境復雜多變，在進行設(shè)計時需要對工程實際情況進行分析，改善標準、經(jīng)驗中的不合理問題才能更好地提升橋梁工程的安全性、耐久性。但實際操作過程中卻不能有效開展工作，導致橋梁設(shè)計規(guī)范性較差，部分設(shè)計人員主觀性較強，不能嚴格依照設(shè)計標準、規(guī)范開展工作，導致公路橋梁設(shè)計規(guī)范性差的問題。

3 改善公路橋梁設(shè)計安全性、耐久性的方法

公路橋梁工程建設(shè)期間，建設(shè)單位應從設(shè)計環(huán)節(jié)開始就要關(guān)注橋梁工程的安全性、耐久性，向各設(shè)計人員提出設(shè)計橋梁安全性、耐久性的工作要求，針對已有設(shè)計方案進行經(jīng)濟、技術(shù)方面的優(yōu)化，促進公路橋梁設(shè)計方案能夠更好地適應和滿足建設(shè)單位需求。一般情況下，改善公路橋梁設(shè)計安全性、耐久性的方法主要包括以下4方面。

3.1 做好結(jié)構(gòu)設(shè)計準備工作

關(guān)注公路橋梁工程前期設(shè)計準備工作，選擇具備相應資質(zhì)的人員、機構(gòu)對施工區(qū)域進行深入、細致的水文、地質(zhì)勘查工作，充分掌握該區(qū)域的水文、地質(zhì)狀況，了解地下水賦存、區(qū)域環(huán)境氣候變化等規(guī)律。將公路橋梁后續(xù)維修保養(yǎng)可能出現(xiàn)的風險問題進行分析，在設(shè)計過程中就深入研究、考慮，針對各類問題提前準備解決方案，最大限度地改善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，保證設(shè)計安全性、耐久性【3】。

3.2 考慮路橋疲勞損傷問題

公路橋梁運營過程中會遭遇有害物質(zhì)侵蝕、氣候溫度變化的影響，而且還要承載車輛行駛、超載的荷載，地震、風、雨、雪以及其他各類人為因素。這些要素都會造成橋梁內(nèi)部出現(xiàn)循環(huán)應力，不僅造成橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振，還會引起橋梁內(nèi)部出現(xiàn)疲勞損傷問題。疲勞損傷、結(jié)構(gòu)振動不斷積累會破壞橋梁整體，內(nèi)部損傷的宏觀表現(xiàn)為表層的裂縫，若能及時對公路橋梁進行疲勞、損傷監(jiān)測，對橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫進行合理控制，就能避免橋梁結(jié)構(gòu)、材料出現(xiàn)斷裂問題。在公路橋梁設(shè)計工作過程中，需要重視橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷問題，關(guān)注整體結(jié)構(gòu)變化，關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)個別構(gòu)件可能出現(xiàn)失效的問題，對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞損傷、鋼筋構(gòu)件腐蝕問題進行深入研究，以便在設(shè)計過程中有針對性地選擇有效措施，及時予以規(guī)避。

3.3 關(guān)注橋梁頻繁超載問題

公路橋梁實際設(shè)計過程中需要了解該工程中的超載原因，以便選擇最優(yōu)化的處理措施。一般情況下，公路橋梁的超載分為3種情況：公路橋梁運營時間久、超出設(shè)計車流量、車輛頻繁違規(guī)超載等。公路橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)會由于較為頻繁從超載問題積累出較為嚴重的結(jié)構(gòu)性損傷，最終甚至無法進行修復。即使橋梁后續(xù)運營通車總量滿足設(shè)計車流量標準，且車輛都能合理控制載重量，不存在超載問題，隨外部因素變化，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應力分布也會出現(xiàn)各種類型的變化，最終對公路橋梁的安全性、耐久性產(chǎn)生影響。橋梁結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下，可能出現(xiàn)面層開裂等問題，即使后續(xù)外在荷載卸除，表面的開裂問題已經(jīng)形成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞，無法自行恢復，橋梁構(gòu)件開裂的彎矩也在減小、強度也在下降，最終出現(xiàn)較大的形變或縫隙，嚴重影響公路橋梁的安全性、耐久性。因此，必須充分關(guān)注公路橋梁頻繁出現(xiàn)的超載問題，合理控制車流量，做好車輛違規(guī)超載情況的管控【4】。

3.4 研究安全性、耐久性設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

在進行公路橋梁設(shè)計過程中，需要深入研究涉及安全性、耐久性的關(guān)鍵性技術(shù)。嚴格依照工程標準、規(guī)范要求，確定公路橋梁的安全性、耐久性參數(shù)，明確各類施工技術(shù)工藝的選擇標準；通過對公路橋梁結(jié)構(gòu)整體性進行分析，有效控制各類材料的選擇、配制；通過對公路橋梁安全性、耐久性技術(shù)進行深入研究，做好數(shù)據(jù)分析、處理、保存，為實際設(shè)計工作提供有力條件。

4 結(jié)語

公路橋梁建設(shè)單位需要對安全性、耐久性予以充分重視，從根源上進行管控，積極引進先進的設(shè)計理念，不斷強化設(shè)計環(huán)節(jié)中的各類安全性、耐久性要素。掌握公路橋梁設(shè)計過程中安全性、耐久性問題，采取有效措施進行處理，提高公路橋梁整體建設(shè)質(zhì)量。