试析公路桥梁设计中的耐久性和安全性

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  【摘 要】 随着我国经济的快速发展,公路桥梁建设取得了巨大的成就,但是从当前我国公路桥梁的建设情况来看,公路桥梁的安全性和耐久性仍然存在一定的问题。本文就主要对公路桥梁设计中的耐久性和安全性相关问题进行了简要分析。
  【关键词】 公路桥梁设计;安全性;耐久性
  引言:
  随着我国经济的快速发展各项基础设施建设也有了新的提高,公路桥梁作为我国经济发展的命脉在近年来也有了长足的发展,然而虽然我国的公路桥梁建设在国民经济发展中有着非常重要的作用,但是在施工过程中依然存在着很多问题,这些问题的存在也严重影响着公路桥梁的应用质量,并且对于公路桥梁未来的发展建设也有着重要的影响。
  一、公路桥梁设计中耐久性不足的重要影响
  在进行市政公路桥梁设计的过程中,设计的耐久性通常是指对公路桥梁自身的结构在经受外力的影响下而保证自身完成并且不受损害的一种能力,通过合理的设计,能够避免公路桥梁在使用过程中出现的质量问题。我们从专业的角度分析后可以看出,市政公路桥梁的设计如果不合理,会对公路桥梁的耐久性造成一系列的影响,主要体现在以下几方面内容:首先,公路桥梁的混凝土达不到标准的使用要求,常常会出现开裂、渗漏、碳化等等一系列问题。其次,公路桥梁中的钢筋和钢乘等也会出现锈蚀、疲劳或者脆化等状况,直接影响钢筋的作用效果。最后,在混凝土和钢筋粘结的作用效果上也会大大的减弱,钢筋和混凝土在粘结过程中如果粘结的效果被削弱,那么锚具就会出现失效或者注浆不密实的现象,从而影响公路桥梁的整体质量。通过这三方面内容可以看出,这些问题的存在都会直接的影响到市政公路桥梁的使用寿命,并且在长期使用后,还会威胁到人们的生命财产安全,因此,施工部门必须要给予足够的关注和重视。
  二、影响桥梁安全性及耐久性的因素分析
  1、设计标准较低
  我国的许多桥梁的设计及建设时间是在上个世纪60至70年代之间。该时间段内的社会经济发展水平有限,因此对桥梁的等级要求也较低。当时考虑到资源的紧缺和实用性因素,社会形势对于桥梁的要求不高,桥梁的设计荷载标准也较低。但是我国现代的经济实力得到了显著的提升,交通状况十分严峻,社会对桥梁承压等级的要求越来越高。许多城市的桥梁在设计阶段,还是沿用极为过时的低设计理念,或者等级较低的荷载标准。现代交通量不断提高,交通任务极为繁重,该低设计标准的桥梁已经逐渐不能适应现代社会的发展形势,桥梁一旦出现安全性或者耐久性问题,会对人类的生命安全带来极大的隐患。
  2、设计不合理
  设计者在设计时,将重点集中于桥梁的结构强度的计算结果达到相关规范要求,而并未充分考虑桥梁的其他因素对于桥梁安全性及耐久性的影响,包括结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及建设的整个过程中经常出现的人为因素等。桥梁的情况不一样,均会影响其安全性及耐久性,如结构整体性及延性不足、桥梁计算图式与受力路线不清晰,会出现局部受力作用较大,而混凝土强度等级太低、保护层厚度不足、钢筋直径较小、构件截面较小等。
  3、与实际的材料供应情况脱节
  在进行桥梁设计时,在施工期间所需物资及材料的供应是必须要考虑的问题,因此需要全面考察施工中现场的各项条件。如果施工现场处于较为偏远乡镇,优质建筑材料的供应不充足,在设计中就无法涉及到较高强度的混凝土,为避免给桥梁的施工造成阻碍及困难,需要将桥梁混凝土抗压强度设计的较低。如果处于市区,一般均有丰富的商品混凝土基地,砂石等各项材料供应较为充足,则可以将预应力空心梁混凝土抗压强度设计得更高。
  三、公路桥梁设计安全性和耐久性的完善
  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,尽量保證桥梁的安全以,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。
  四、结束语
  桥梁设计中的耐久性和结构安全性已经成为桥梁设计中的重中之重,除了积极借鉴国内外成功的桥梁设计案例的经验外,还需要提高桥梁施工过程中的管理水平,不断更新桥梁设计理念和创新桥梁设计方法,以保证桥梁设计中的结构安全性和耐久性。
  参考文献:
  [1]李平伟.论桥梁设计的安全性与耐久性[J].中国新技术新产品,2012.
  [2]黄绍辉.小议路桥设计中的安全性和耐久性[J].四川建筑,2011.
  [3]再努拉·库尔班.公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨[J].桥隧工程,2012.
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