简析公路桥梁设计中的安全性和耐久性

简析公路桥梁设计中的安全性和耐久性
1.桥梁设计安全的构成
桥梁的安全性和耐久性是桥梁设计者永远追求不变的宗旨。

所谓安全性是指结构防止破坏倒塌的能力，主要体现在结构构件承载能力和结构的整体牢固性上。

耐久性是指结构抵抗外界环境、有害化学物质侵蚀的能力。

1.1桥梁结构的安全性
桥梁结构的安全性主要体现在结构的整体牢固性和构建的承载能力两个方面[1]：
1）桥梁结构的整体牢固性是指结构不应出现与其原因不相称的破坏后果，即在桥梁结构出现局部破坏的情况下，避免发生大范围连续破坏倒塌的
能力。

结构安全性良好的桥梁，依靠结构具有的优良的延性和必要的冗余度，在对付地震、爆炸等灾害或因人为差错导致的灾难方面，能够发挥较大作用，有效减轻灾害损失。

2）桥梁结构构件承载能力是指桥梁结构具有的承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用的能力。

负荷超载，是对桥梁结构构件承载能力的最大威胁，主要体现在以下两方面：①时间的超负荷或超载，会使桥梁应力幅度加大、损伤加剧，甚至会导致结构破坏事故；②由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性。

1.2桥梁结构的耐久性
在桥梁结构的设计与施工规范中，人们往往把重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用下的耐久性要求则相对考虑较少，实际上这样做存在很大的弊端。

2.我国公路桥梁工程的安全性
和耐久性现状
2.1 桥梁安全事故举例
近年来，桥梁垮塌事故时有发生，造成了巨大的人民生命财产损失和恶劣的社会影响。

一座桥梁倒塌，可能是“偶然”，九天之内四座桥梁垮塌和一座倾斜，一定有必然的因素。

2011年7月11日至7月19日，我国九天之内五座桥梁垮塌或倾斜，本该百年寿命的大桥频现“短命”，令人触目惊心。

7月11日，建于1997年的江苏盐城境内榆河桥倒塌；7 月12日，武汉黄陂一高架桥被发现引桥严重开裂，桥体开裂发生时，此桥还没正式通车；7月14日，建成不到十二天，造价逾千万的当地标志性工程武夷山公馆大桥倒塌；7月15日，通车仅14天的杭州钱江三桥引桥桥面塌落；7月19日，重达160t的严重超载货车，通过北京市宝山寺白河桥时，造成桥梁坍塌。

2.2 桥梁安全性与耐久性问题研究现状
桥梁安全性与耐久性研究在与桥梁病害的斗争中已取得许多进展。

主要体现在如下方面。

1）高性能材料。

混凝土材料主要集中在大气环
境中混凝土碳化和钢筋锈蚀问题，主要归纳为对建筑材料的耐久性退化机制研究和对混凝土结构性能蜕化后的耐久抗力研究。

这些研究大多是从材料和统计分析角度进行的[2]，对如何从结构应用角度改善桥梁耐久性却缺乏研究；钢结构方面主要为防腐、耐热、耐火和高强等综合性能的研究。

2）荷载标准。

桥梁载重设计标准经历了从汽- 10到汽-超20发展过程，目前规范采用公路-I级、特殊车列等，虽然荷载标准提高了不少，但相对国外车辆荷载还很低。

我国桥梁结构安全性与耐久性研究虽然取得上述成果，但从事故调查分析结果证明，桥梁结构安全性与耐久性是一个系统工程，涉及的方面和因素还很多，如不按图施工、偷工减料、政府过多干预、设计中态度不严谨、养护不及时和自然灾害等。

上述任何方面都还有许多问题需研究，一切影响桥梁结构安全性与耐久性的问题在今后相当长的时间里需要研究。

3.桥梁安全性、耐久性差的主要原因
3.1设计理论和结构构造体系不完善
要想确保桥梁的安全性和耐久性，首先要有科学可靠的桥梁设计。

有的桥梁设计为了追求桥梁造型的美观，或是为了满足规范安全度的需要，而欠缺对桥梁结构体系以及日后使用维护的考虑。

3.2施工和管理水平低
国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。

一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。

对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。

4.提高桥梁结构安全性与耐久性的对策和建议
4.1合理选择结构设计方案
合理的结构设计方案，可以有效提高桥梁的安全性和耐久性。

桥梁的结构设计形式主要分为大跨度桥梁和标准跨径桥。

大跨径桥梁由于控制因素不同，方案也各不相同，具有较强的个性特征，而标准跨径桥则更多的是具有共性特征。

在实际工作当中，很少采用大跨径桥梁的设计方案，标准跨径桥因为具有施_亡方便、造价经济的标准化、预制装配等诸多优点，应用最为广泛。

4.2在设计过程中。

科学使用材料
钢筋混凝土的质量和合理使用对桥梁的安全性具有极其重要的作用。

钢筋混凝土的质量直接影响到结构的适用性、安全性和耐久性。

混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，其中水灰比、水泥用量、强度等级均对耐久性有较大影响。

桥～MTCD62明确规定了不同使用环境下[4]，结构混凝土的基本要求、对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量做出了限制规定，这是桥～JTGO62对公路桥涵结构耐久性设计的基本要求，设计时必须严格遵照执行。

4.3 加强对桥梁耐久性的理解
桥梁建成使用期内需要经受风霜雨雪的考验，重压力的折磨，在现代社会甚至还有酸性物质的侵蚀等等，这些因素都应该在设计师的考虑范围内。

尤其是对于大型桥梁大型工程的设计，其要求使用年限长，而且大型跨河跨江桥梁车流量大，冲击也大，加上这些桥梁位置基本都是重要的交通通道在使用年限內超负荷使用时常出现，其设计就应该特别注意[5]。

5.结语
桥梁安全性和耐久性已成为迫切需要解决的问题，我们应该积极借鉴国外成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计[9]，同时也需要研究疲劳和超载等因素对于桥梁结构耐久性的影响[10]。