桥梁设计中安全性和耐久性的研究

时间：2024-07-28

（中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014）

桥梁设计中安全性和耐久性的研究

景亦斌

（中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014）

桥梁设计是工程设计的重要组成部分，公路交通行业的飞速发展，需要不断的加强提升设计人员的素质，提高设计的有效性，以此来确保桥梁设计的安全性与耐久性。本文通过对桥梁设计中的问题进行论述，为提高其安全性与耐久性提出了几点建议。

桥梁设计；安全性；耐久性

近年来我国的桥梁建设项目逐渐增多，工程随之增大，后续的桥梁安全性以及耐久性较低的问题频发，为此国家相关部门也加大力度对此问题进行解决，借此以提高桥梁的使用寿命。

一、桥梁设计中安全性与耐久性较低的原因

在设计过程中桥梁的安全性是显而易见的，但是耐久性具有相对的隐秘特征，因此若想保证桥梁的耐久性，设计方必须在桥梁设计的初级阶段进行仔细研究，对设计的环节进行认真掌握，从源头杜绝影响耐久性的不良因素的出现。笔者结合多年经验总结了造成桥梁设计的安全性与耐久性的原因主要有以下几点：

第一，缺乏有效的设计理论与构造体系。科学合理的设计方案是工程建设的第一保证，工程结构科学合理的分析有助于确保设计方案的优化。设计单位必须按照规定安全系数与指标对工程结构的稳定性进行证明。然而在实际的桥梁设计中，设计人员的设计虽然在一定程度上满足了相关的安全需求，但是却忽略了工程构造与设计材料的特性，所以在设计阶段缺乏有效的设计理论，极易出现人为的失误，引发桥梁的安全与耐久问题。工程的设计应随着环境与条件的变化而变化，设计人员应该相关的规定，并且根据当时的实际情况来进行设计。然而现如今众多的设计人员却忽视了对环境的检测，使得在设计中的问题频发，无法形成科学的认识。

第二，设计理念落后。随着公路交通行业的快速发展，其设计理念须随之更新，这样才能满足现代化设计的要求。在实际的桥梁建设中，设计人员所遵循的设计理念仍然是传统的理念，停留在较为落后的阶段，与国外相比具有较大的差距，使得桥梁的建设水平无法与世界平均水平相媲美，无法发挥桥梁的真正作用。由于理念的落后，使得桥梁的材料无法达到国家规定的标准，进而使得桥梁的安全性与耐久性出现严重的问题。

第三，设计质量存在问题。之所以有些桥梁在使用不久后便出现安全问题，正是由于设计质量存在严重问题。由于桥梁所承载的强度高于公路等其它设施，因此在进行设计时，需要考虑材料的使用性能是否符合标准，即选择时必须确保设计材料具有较强的抗压性；尤其是钢筋混凝土的选择，必须按照国家的相关规定进行制作。然而在实际的混凝土制作中，并未按照相应的比例要求，使得混凝土出现较为严重的质量问题。同时设计单位开展设计工作并未根据当地的实际情况来进行材料选择的考虑，进而使得桥梁的耐久性较差，加之受到外界不良环境的持续影响，最终发生坍塌事故，使桥梁的安全性与耐久性极大的降低。

三、提升桥梁安全性与耐久性的策略

第一，控制设计方案的质量。在进行桥梁设计过程中，设计人员必须严格按照桥梁实际场地的情况进行设计，使设计图纸能够够最大限度满足当地的地质条件，使得设计方案能够有效的提高桥梁的耐久性。另外需要注意桥梁细节的设计，把各个设计的细节考虑到位，从而保障了桥梁工程的质量，以此来提升桥梁的安全性与耐久性。

第二，在设计中考虑结构的耐久性。桥梁的耐久性对桥梁的使用年限具有重要的作用，在其实际的建设与使用过程中，环境与化学因素一直对桥梁产生影响，造成桥梁出现损伤与裂化的现象，导致桥梁的耐久性出现严重问题。因此在桥梁设计环节，设计人员应该将桥梁的耐久性考虑到设计中，即是全面角度考虑问题，对环境问题进行考虑，如何在四季变化过程中减少雨水、雪栋以及化学因素的影响，对结构的计算方式进行更新优化，重视其中的细节问题。

第三，在设计环节加强疲劳损伤的研究力度。桥梁承受的荷载为动态荷载，在桥梁内部形成较大的循环应力，在变化的过程中产生较大的震动，在一定程度上对桥梁的结构产生影响。另外，由于桥梁的建造所使用材料并不是连续的，每一环节中都存在微小的缺陷，这使得循环应力在不断的发展下，给桥梁造成了严重的损伤，形成严重的宏观裂纹，进而造成桥梁材料的断裂，带来严重的灾难危害。因此，必须重视桥梁疲劳损伤的问题，在桥梁的设计应该注重构件的选择，混凝土的配比、混凝土构件整体的动态性能以及疲劳性能各方面深入的研究，注重以往桥梁出现疲劳损伤的原因，如局部疲劳，即斜拉桥拉锁锚固端产生的疲劳损害现象均需要考虑在设计中，并且如何对局部疲劳进行维修和维护也需要设计人员进行思考，以此来减小对桥梁的危害，确保桥梁的安全性与耐久性。

第三，在桥梁设计中重视超载问题。桥梁超载问题主要包括以下几方面：即老桥的超龄负载运营、桥梁承载的车流量超过原有设计、车辆的违规超载。一方面桥梁的超载会引发疲劳损伤，使桥梁的结构发生破坏。另一方面桥梁的超载使桥梁的内部发生损伤，进而导致桥梁的负载发生严重变化，影响桥梁的安全性与耐久性。例如在人们通常的观念中，混凝土是桥梁具备足够的耐久性，但是随着桥梁超载情况不断发生，使得桥梁出现裂缝。虽然在桥梁负载达到正常值时，裂缝可以闭合，但是由于混凝土结构已经受到损伤，使得混凝土的刚度极大的下降。

第四，加强整体设计流程工作。桥梁设计环节不仅仅只是进行设计图纸的绘画，其涉及到的问题是方方面面，包括采购，建设、养护等环节都需要设计人员进行考虑，怎样的设备、怎样的材料可以满足设计桥梁的使用要求，进而能够提高桥梁的整体安全性。因此设计单位以及设计人员必须对整体设计流程进行把控，同时加强设计人员的培训工作，确保设计人员完全按照相关要求，综合性多方位考虑后进行设计，避免出现偏差，使得每个环节符合国家的标准，以此延长桥梁的使用寿命，使桥梁发挥其应有的作用。

第五，借鉴国外的设计经验。在我国桥梁设计存在的主要问题：即结构正常使用性能差、耐久性和安全性差；此类问题虽然跟后期的实际使用有一定关系，但是其根本是工程设计人员没有找到适当的安全措施方案、适当的设计方法来保证桥梁的耐久性和安全性。在国外，其设计人员开展桥梁设计的过程中尤其注重结构物的性能设计，包括结构的变形、裂缝、振动、强健性、美观、耐久性能、疲劳性等，为了保证桥梁的结构达到正常使用要求外，还需具有良好耐久性、抗腐蚀和耐疲劳性，进而保障了桥梁安全性与耐久性。