公路桥梁设计中的安全性和耐久性研究

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  【摘 要】 随着我国市场经济体制的不断发展与完善,我国的城市化进程明显加快了很多,在我们日常生活以及交通应用过程中,越来越多的公路桥梁需要我们去进行建设,就目前实际情况而言,对于桥梁最基本的要求便是经济适用、安全方便,而这些基本的要求也正是每一个社会群体所集中关心的问题,而相关的设计人员以及设计专家也正在对公路桥梁新的结构以及桥型进行积极、勇敢的探索。本文对公路桥梁设计中的安全性和耐久性进行了探讨。
  【关键词】 公路桥梁;设计;安全性;耐久性
  引言:
  对于国内的桥梁设计而言,其中所存在的最关键的问题是桥梁结构本身的使用性能的差异、耐久性能以及安全性能的差异。对于目前公路桥梁相关的设计以及建设而言,在进行发展以及完善的过程中,必须对现阶段材料工艺以及管理的实际水平进行有效的考虑,并且通过安全性较高、耐久性能比较突出的设计方法进行相关的设计工作。尤其是针对桥梁本身的安全性能以及耐久性能欠缺的问题,希望相关研究人员以及设计人员进行深入的探讨。
  一、公路桥梁安全性和耐久性较差的主要原因
  1、施工管理水平较低
  当前公路桥梁突然损坏和坍塌问题已经备受社会的关注,从实际的事故来看,主要的原因是由于施工过程以及管理过程中的腐败、野蛮施工等造成的,而那些突发性的公路桥梁损坏和坍塌事故主要是由于施工的质量与设计的标准之间存在较大差异造成的,施工过程中各种偷工减料、以次充好的现象以及施工材料和工艺没有达到相关要求等问题,是对公路桥梁安全性和耐久性造成影响的主要因素。
  很多公路桥梁无法达到设计的使用寿命,有的甚至在建成后的短时间内就出现严重的质量问题,这与施工质量有着非常紧密的联系,比方说钢筋的保护层不足,施工中使用的水泥、混凝土配合比、振捣、养护等存在不当的问题,虽然对公路桥梁的短期使用不会造成太大的影响,但是对公路桥梁的耐久性会造成深远的影响。
  2、公路桥梁的设计理念和结构构造体系不完善
  除了施工管理方面的原因外,公路桥梁的设计方面也存在一定的问题。公路桥梁的结构设计除了要选择经济合理的结构类型外,还需要对公路桥梁的结构以及构件连接等进行仔细的分析和设计,选择相关规定的相应安全系数及可靠性指标,从而使公路桥梁的结构安全性达到相关的规定要求。
  此外,很多的公路桥梁设计人员在设计过程中,只是简单的重视相关规范对结构强度的要求,对于桥梁结构体系、构造、材料、维护耐久性以及设计施工过程中出现的一些人为的失误引起的桥梁安全性问题重视程度不够。此外,公路桥梁设计中桥梁的结构整体性、延性以及冗余性存在明显的不足现象,一些公路桥梁设计过程中相关的计算图式和受力情况不够明确,导致桥梁某一部分的受力出现过大的现象,另外,施工过程中所使用的混凝土强度不够、保护层厚度过小、钢筋过细等问题都会对公路桥梁的耐久性产生影响。
  二、公路桥梁设计安全性和耐久性的完善措施
  1、公路桥梁设计过程中重视耐久性问题
  我国对于公路桥梁耐久性的研究,主要是从施工材料和统计分析两个角度来进行,但是对于如何从结构和设计的角度以及设计和施工人员易于接受的方式来进行公路桥梁的耐久性进行改善问题研究相对较少。总的来讲,公路桥梁的耐久性设计与普通结构设计之间存在明显的不同,应该努力将传统的桥梁耐久性定性分析朝着定量分析的方向发展。当前,国外将公路桥梁的耐久性设计作为公路桥梁设计的重要组成部分,对桥梁的结构布局以及构造细节等进行综合细致的考虑,并注重桥梁结构便于检查和维修的设计方式,尽量保证桥梁的安全,以减少不必要的维修费用。
  2、重视公路桥梁疲劳损伤的设计研究
  对于公路桥梁而言,它所承受的各种荷载,如车辆荷载、风荷载等都会在桥梁的内部产生一种循环变化的应力,而这种应力会使得公路桥梁的不同结构产生振动,从而导致结构累积疲劳损伤。由于累积损伤不断扩大,最终导致公路桥梁宏观性裂缝的产生,这些宏观性的裂缝如果得不到有效地控制,最终将导致公路桥梁结构出现断裂坍塌的等事故。通常公路桥梁的早期疲劳损伤不容易被发现,但是这种损伤给桥梁带来的影响缺失非常巨大的,甚至是无法挽回的。通常疲劳损伤一般被认为是钢结构桥梁设计中最重要的问题之一,主要是由于疲劳损伤导致的钢结构开裂和桥梁坍塌事故较多,近些年来,疲劳损伤的研究开始向混凝土桥梁结构发展。此外,对于疲劳损伤的研究不单单局限于桥梁的整个结构而言,公路桥梁结构中,往往是由于某一个部位或构建出现疲劳损伤,使得这一部分失去其原有的效用,最终导致整个公路桥梁由于疲劳损伤出现失效现象,最常见的就是斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
  3、重视公路桥梁的超载问题
  公路桥梁的汽车超载一般有三种基本的情况:(1)桥梁超出使用年限的超龄负载运营;(2)公路桥梁上通行的车辆超出桥梁设计流量;(3)车辆自身超载行驶。前面两种情况的主要原因是桥梁荷载变化和交流流量变化,而第三种情况则是司机违法运营导致的。公路桥梁超载问题,一方面会导致桥梁出现疲劳损伤现象。桥梁的超载使得桥梁所受的疲劳应力变大,桥梁自身的疲劳损伤变得更为严重,严重的时候甚至可能导致桥梁结构出现损坏;另一方面,桥梁超载问题导致的内部结构损伤是无法得到恢复的,这使得桥梁在正常的荷载情况下,工作状态出现变化,最终导致桥梁的安全性和耐久性出现降低的现象。例如,混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性,但在汽车超载作用下,可能发生开裂;裂缝即使在荷载卸除后能够闭合,但由于混凝土结构内部已经受到损伤,构件的开裂弯距降低、刚度下降;于是在正常使用荷载作用下,本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响,因此除了交管部门要加强管理外,也需要对超载带来的后果进行研究、分析。
  4、积极借鉴国外的经验和成果
  国内桥梁设计存在的主要问题是结构正常使用性能差(指与设计期望相比,可归结为适用性能差,包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等)、耐久性和安全性差(包括使用寿命短、维护费用高、安全事故较频繁等)。这些问题的产生固然与目前国内施工质量和管理水平较低有关,但平心而论,既然这种现状不能在短期内得到解决,那么作为工程设计人员就应该在正视这一问题的前提,充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平,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。
  三、结束语
  公路桥梁建筑工程是十分复杂和繁琐的,在设计和施工过程中涉及的专业知识特别的多。公路桥梁建筑工程是一项长期的工作,更是一项系统的工程,国家和政府一定要加大对公路桥梁工程的监督和管理力度,加大对公路桥梁设计中的安全性和耐久性的研究力度,为促进公路桥梁建筑工程的可持续发展提供保障。
  参考文献:
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