论文部分内容阅读
广东省茂名市交通设计院 广东茂名 525000
摘要：桥梁结构安全性与耐久性差以及如何提高桥梁结构的安全性与耐久性等问题，既是研究的热点，也是迫切需要改善的难点。因此，在桥梁结构设计、施工、运营期间，在进行桥梁结构的承载力计算、变形和裂缝验算的同时还应考虑耐久性问题。
关键词：桥梁结构；安全性；耐久性
1.桥梁结构安全性与耐久性现状
进入21世纪以来，我国公路桥梁建设实现了跨越式发展，截至2014年底我国桥梁总数已达75.7万座，桥梁修建总长已有4257.9万米，一批具有世纪影响力的大桥相继建成，投入使用。
然而，随着我国经济的快速发展，国内桥梁结构运营环境不断恶化，大规模工程建设时期所遗留的问题，伴随着公路桥梁运营时间的推移，桥梁安全性与耐久性问题日益成为全球关注的焦点，其安全性能、耐久性能差，服务寿命短等问题逐步凸显，频繁出现的公路桥梁安全事故以及大量桥梁未达到使用年限而面临大修加固。与此同时，我国的桥梁面临着与国际上众多国家的桥梁同样的问题，那就是一大批桥梁已经进入“老龄”的阶段，一些桥早已出现各种“病害”，却常年带“病”运营，潜伏着巨大的安全隐患。此外，因当初的设计荷载与当今的实际荷载条件已不相称而带来的结构安全问题；超期超载使用的各种危桥、旧桥。这些事实使得我们不得不重新审视我国公路桥梁的安全性与耐久性。据统计，按桥梁管养的技术状况评定结果分类，技术状况评定等级为四、五类的“危桥”有9万多座，占桥梁总数的13.3%；一、二、三类桥59万多座，占总数的86.7%。
2.影响桥梁结构安全性和耐久性的因素分析
2.1设计理论与结构体系不合理
桥梁设计是影响桥梁安全性和耐久性的关键因素，科学合理的设计才会建造出安全性能高的桥梁。目前我国的许多桥梁设计都只注重规范对桥梁结构强度计算的安全需要，忽略了结构体系、结构材料、结构构造和结构耐久性等方面的重要性。因为设计不合理所导致的安全和耐久问题有很多。例如，桥梁结构的整体性及延性不够、冗余性较小，混凝土强度低以及钢筋保护层厚度小等导致的桥梁结构耐久性较低，存在很大的安全隐患。
2.2桥梁结构承载力不足
桥梁结构在运营期间承受的实际汽车荷载大于汽车荷载设计标准，造成桥梁结构在运营期间承载力不足。其主要原因是：第一、早期修建的桥梁结构荷载标准低且服役时间较长；第二、车辆超载现象严重。前者主要是由于早期在修建桥梁结构时对今后交通量增速的预测不足，而且由于桥梁服役时间较长，桥梁结构性能较差；后者是由于我国公路管理运输模式和运输业经营者追求利益的最大化的影响，车辆超载运输导致结构损伤加剧。
2.3疲劳损伤的影响
疲劳造成桥梁结构安全性低、耐久性差的主要原因大致可以分为桥梁结构运营期间汽车超载以及养护管理不到位等。
汽车超载对桥梁结构安全性和耐久性的影响主要是由于早期修建的桥梁结构何在标准较低；过桥车流量的增加和重车比率的不断攀升、车辆超重现象的日益频繁。一方面会增大桥梁结构的疲劳应力幅度，出现一些因超载导致桥梁结构破坏的事故；另一方面由于超载所导致的桥梁结构内部损伤是无法恢复的，这些必然引起桥梁结构的开裂，严重威胁到桥梁结构的安全性与耐久性。
运营期间的桥梁结构，不仅要承受车辆荷载等外荷载的作用还要承受自然灾害如特大洪水、台风、地震等灾害的侵袭，造成承载力降低，混凝土结构开裂。另外，混凝土桥梁结构本身所使用的材料并非连续、均匀的，而在结构内部存在着众多肉眼所观察不到的缺陷。在外荷载的反复作用下，这些微小的缺陷渐渐的会形成疲劳损失，随着时间的推移也会出现明显的裂纹。造成桥梁结构的安全性与耐久性不足。
3.提高桥梁结构安全性与耐久性的措施
3.1完善设计理念
目前，在对桥梁结构进行设计时主要考虑的是结构本身的强度、刚度和稳定性以及经济方面等因素，而对桥梁结构的安全性和耐久性考虑的较少。应该及时完善设计理念，改变过去仅从设计和施工质量上考虑的设计理念。在认真研究和探讨的基础上还要考虑桥梁的安全性、耐久性和整体牢固性，对不同工程结构的灾害与可接受危险水平进行科学评估和分析，在此基础上提出合理的安全性和耐久性设计理念。从材料选择、施工质量、桥梁使用和维护功能等方面确定科学合理的设计方案。
3.2进行桥梁结构的整体性设计
合理的桥梁结构应该满足结构整体性好，构件体形变化平顺。这不仅使结构优美的外形，而且构件体形变化平顺、节点处或边界条件过渡平顺、结构整体性强也是结构受力合理的必要条件，与此同时，还可以提高结构的承载力和刚度。
桥梁结构的整体性可以保证桥梁在运营状态具有良好的使用性能及对局部损伤和破坏具有适当的抵抗能力，这些特点有利于结构抵抗诸如超载、地震等荷载。例如伸缩装置，长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构中最易遭受破坏而又难以修补的部位。桥梁伸缩装置在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起其早起破坏；而桥梁伸缩装置的破坏，又会引起很大的车辆冲击荷载，恶化行车环境，急剧降低桥梁使用寿命。世界各国的专家和学者都曾努力寻求最好的伸缩装置，然而最终得到的结论是“最好的伸缩装置就是无伸缩缝”。近年来，国外在修建桥梁时通过减少甚至取消桥梁接缝和支座来加强结构的整体性和适用性，同时可以减少后期的维护费用。美国等国家已经修建了一些没有支座和伸缩缝的整体式桥梁，使用情况良好。因此，已经有越来越多的人开始研究整体式桥梁的可行性。
3.3治理车辆超载现象
随着经济的快速发展，运输行业蓬勃发展中不断壮大，但是由于利益的驱使，很多车辆存在严重超载的现象。这样现象的大量存在，给桥梁结构带来严重损害。由上所述，超载车辆在通过早期修建的桥梁的时候，由于早期的桥梁结构荷载标准较低，加之服役时间久，容易导致严重桥梁结构损伤问题的出现。而对于新建的桥梁结构，虽然其荷载标准较高，但是车辆超载依然会对桥梁结构造成不可逆的损伤，将使得桥梁结构在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能威胁到桥梁结构的安全性和耐久性。
3.4加强桥梁结构运营期间的监测、养护与维修管理
桥梁结构在运营期间除承受自重等静荷载外还要承受车辆荷载、风荷载等动荷载的作用。作用在桥梁结构上由车辆荷载、风荷载等动载所产生的应力并非一尘不变，而是随着荷载的变化而变化。这种动荷载不仅会使结构产生振动，而且会对结构受力复杂、应力变化幅度较大的局部部位造成积累性的疲劳损伤，造成桥梁结构的承载力降低和局部失稳。另外，混凝土桥梁结构所用材料并非连续、均匀的。因此，在动荷载的循环作用下，原先存在的这些小缺陷便会逐渐扩大，最终产生严重的损伤，导致桥梁裂纹的出现。因此，公路桥梁的维修部门应加强对桥梁结构运营期间局部受力复杂部位的监测、养护和维修管理，增加后期资金的投入，并进行定期检测、评估和维修工作。在关注桥梁结构整体刚度、强度和稳定性的同时，而且也要对受力复杂、应力变化幅度较大的局部部位进行疲劳验算，避免桥梁结构因局部失稳而造成严重影响。
4.结语
桥梁结构在长期自然环境和使用条件下会逐渐老化、损伤甚至破坏，严重影响到桥梁结构的安全性和耐久性。过去，工程界对桥梁结构安全性考虑主要是集中在设计、施工阶段，而对运营阶段出现的影响结构安全性的问题重视不足。对结构耐久性的考虑和规定一般包含在安全性中，显性的规定较少。事实表明，传统单一层面寻求结构的安全性已无法满足当前复杂多变的使用环境。因此，未来在基于安全性要求的基础上，应该重视结构的耐久性问题。
参考文献：
[1]JTGD60―2015公路桥涵设计通用规范[S]
[2]王荣华桥梁结构安全性与耐久性的现状分析[J].中国市政工程.2012
[3]吴海军桥梁结构耐久性设计方法研究.同济大学博士论文.2006
[4]刘逢成基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究.华中科技大学硕士论文.2006
摘要：桥梁结构安全性与耐久性差以及如何提高桥梁结构的安全性与耐久性等问题，既是研究的热点，也是迫切需要改善的难点。因此，在桥梁结构设计、施工、运营期间，在进行桥梁结构的承载力计算、变形和裂缝验算的同时还应考虑耐久性问题。
关键词：桥梁结构；安全性；耐久性
1.桥梁结构安全性与耐久性现状
进入21世纪以来，我国公路桥梁建设实现了跨越式发展，截至2014年底我国桥梁总数已达75.7万座，桥梁修建总长已有4257.9万米，一批具有世纪影响力的大桥相继建成，投入使用。
然而，随着我国经济的快速发展，国内桥梁结构运营环境不断恶化，大规模工程建设时期所遗留的问题，伴随着公路桥梁运营时间的推移，桥梁安全性与耐久性问题日益成为全球关注的焦点，其安全性能、耐久性能差，服务寿命短等问题逐步凸显，频繁出现的公路桥梁安全事故以及大量桥梁未达到使用年限而面临大修加固。与此同时，我国的桥梁面临着与国际上众多国家的桥梁同样的问题，那就是一大批桥梁已经进入“老龄”的阶段，一些桥早已出现各种“病害”，却常年带“病”运营，潜伏着巨大的安全隐患。此外，因当初的设计荷载与当今的实际荷载条件已不相称而带来的结构安全问题；超期超载使用的各种危桥、旧桥。这些事实使得我们不得不重新审视我国公路桥梁的安全性与耐久性。据统计，按桥梁管养的技术状况评定结果分类，技术状况评定等级为四、五类的“危桥”有9万多座，占桥梁总数的13.3%；一、二、三类桥59万多座，占总数的86.7%。
2.影响桥梁结构安全性和耐久性的因素分析
2.1设计理论与结构体系不合理
桥梁设计是影响桥梁安全性和耐久性的关键因素，科学合理的设计才会建造出安全性能高的桥梁。目前我国的许多桥梁设计都只注重规范对桥梁结构强度计算的安全需要，忽略了结构体系、结构材料、结构构造和结构耐久性等方面的重要性。因为设计不合理所导致的安全和耐久问题有很多。例如，桥梁结构的整体性及延性不够、冗余性较小，混凝土强度低以及钢筋保护层厚度小等导致的桥梁结构耐久性较低，存在很大的安全隐患。
2.2桥梁结构承载力不足
桥梁结构在运营期间承受的实际汽车荷载大于汽车荷载设计标准，造成桥梁结构在运营期间承载力不足。其主要原因是：第一、早期修建的桥梁结构荷载标准低且服役时间较长；第二、车辆超载现象严重。前者主要是由于早期在修建桥梁结构时对今后交通量增速的预测不足，而且由于桥梁服役时间较长，桥梁结构性能较差；后者是由于我国公路管理运输模式和运输业经营者追求利益的最大化的影响，车辆超载运输导致结构损伤加剧。
2.3疲劳损伤的影响
疲劳造成桥梁结构安全性低、耐久性差的主要原因大致可以分为桥梁结构运营期间汽车超载以及养护管理不到位等。
汽车超载对桥梁结构安全性和耐久性的影响主要是由于早期修建的桥梁结构何在标准较低；过桥车流量的增加和重车比率的不断攀升、车辆超重现象的日益频繁。一方面会增大桥梁结构的疲劳应力幅度，出现一些因超载导致桥梁结构破坏的事故；另一方面由于超载所导致的桥梁结构内部损伤是无法恢复的，这些必然引起桥梁结构的开裂，严重威胁到桥梁结构的安全性与耐久性。
运营期间的桥梁结构，不仅要承受车辆荷载等外荷载的作用还要承受自然灾害如特大洪水、台风、地震等灾害的侵袭，造成承载力降低，混凝土结构开裂。另外，混凝土桥梁结构本身所使用的材料并非连续、均匀的，而在结构内部存在着众多肉眼所观察不到的缺陷。在外荷载的反复作用下，这些微小的缺陷渐渐的会形成疲劳损失，随着时间的推移也会出现明显的裂纹。造成桥梁结构的安全性与耐久性不足。
3.提高桥梁结构安全性与耐久性的措施
3.1完善设计理念
目前，在对桥梁结构进行设计时主要考虑的是结构本身的强度、刚度和稳定性以及经济方面等因素，而对桥梁结构的安全性和耐久性考虑的较少。应该及时完善设计理念，改变过去仅从设计和施工质量上考虑的设计理念。在认真研究和探讨的基础上还要考虑桥梁的安全性、耐久性和整体牢固性，对不同工程结构的灾害与可接受危险水平进行科学评估和分析，在此基础上提出合理的安全性和耐久性设计理念。从材料选择、施工质量、桥梁使用和维护功能等方面确定科学合理的设计方案。
3.2进行桥梁结构的整体性设计
合理的桥梁结构应该满足结构整体性好，构件体形变化平顺。这不仅使结构优美的外形，而且构件体形变化平顺、节点处或边界条件过渡平顺、结构整体性强也是结构受力合理的必要条件，与此同时，还可以提高结构的承载力和刚度。
桥梁结构的整体性可以保证桥梁在运营状态具有良好的使用性能及对局部损伤和破坏具有适当的抵抗能力，这些特点有利于结构抵抗诸如超载、地震等荷载。例如伸缩装置，长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构中最易遭受破坏而又难以修补的部位。桥梁伸缩装置在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起其早起破坏；而桥梁伸缩装置的破坏，又会引起很大的车辆冲击荷载，恶化行车环境，急剧降低桥梁使用寿命。世界各国的专家和学者都曾努力寻求最好的伸缩装置，然而最终得到的结论是“最好的伸缩装置就是无伸缩缝”。近年来，国外在修建桥梁时通过减少甚至取消桥梁接缝和支座来加强结构的整体性和适用性，同时可以减少后期的维护费用。美国等国家已经修建了一些没有支座和伸缩缝的整体式桥梁，使用情况良好。因此，已经有越来越多的人开始研究整体式桥梁的可行性。
3.3治理车辆超载现象
随着经济的快速发展，运输行业蓬勃发展中不断壮大，但是由于利益的驱使，很多车辆存在严重超载的现象。这样现象的大量存在，给桥梁结构带来严重损害。由上所述，超载车辆在通过早期修建的桥梁的时候，由于早期的桥梁结构荷载标准较低，加之服役时间久，容易导致严重桥梁结构损伤问题的出现。而对于新建的桥梁结构，虽然其荷载标准较高，但是车辆超载依然会对桥梁结构造成不可逆的损伤，将使得桥梁结构在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能威胁到桥梁结构的安全性和耐久性。
3.4加强桥梁结构运营期间的监测、养护与维修管理
桥梁结构在运营期间除承受自重等静荷载外还要承受车辆荷载、风荷载等动荷载的作用。作用在桥梁结构上由车辆荷载、风荷载等动载所产生的应力并非一尘不变，而是随着荷载的变化而变化。这种动荷载不仅会使结构产生振动，而且会对结构受力复杂、应力变化幅度较大的局部部位造成积累性的疲劳损伤，造成桥梁结构的承载力降低和局部失稳。另外，混凝土桥梁结构所用材料并非连续、均匀的。因此，在动荷载的循环作用下，原先存在的这些小缺陷便会逐渐扩大，最终产生严重的损伤，导致桥梁裂纹的出现。因此，公路桥梁的维修部门应加强对桥梁结构运营期间局部受力复杂部位的监测、养护和维修管理，增加后期资金的投入，并进行定期检测、评估和维修工作。在关注桥梁结构整体刚度、强度和稳定性的同时，而且也要对受力复杂、应力变化幅度较大的局部部位进行疲劳验算，避免桥梁结构因局部失稳而造成严重影响。
4.结语
桥梁结构在长期自然环境和使用条件下会逐渐老化、损伤甚至破坏，严重影响到桥梁结构的安全性和耐久性。过去，工程界对桥梁结构安全性考虑主要是集中在设计、施工阶段，而对运营阶段出现的影响结构安全性的问题重视不足。对结构耐久性的考虑和规定一般包含在安全性中，显性的规定较少。事实表明，传统单一层面寻求结构的安全性已无法满足当前复杂多变的使用环境。因此，未来在基于安全性要求的基础上，应该重视结构的耐久性问题。
参考文献：
[1]JTGD60―2015公路桥涵设计通用规范[S]
[2]王荣华桥梁结构安全性与耐久性的现状分析[J].中国市政工程.2012
[3]吴海军桥梁结构耐久性设计方法研究.同济大学博士论文.2006
[4]刘逢成基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究.华中科技大学硕士论文.2006