国内桥梁设计存在主要问题

国内桥梁设计存在的主要问题
纲要：国内现行规范对桥梁设计提出的要求是合用、经济、安全、雅观，这些要求基本上包含了人们关怀的全部重
要问题。

重点词：道路桥梁详细的设计过程按承载能力和正常
使用两种极限状态来进行。

前者是控制结构在丧失服务能力临
界状态时的承载能力、设计的基来源则是要求荷载效应不利组
合的设计值，一定小于或等于结构抗力的设计值。

利用荷载安
全系数、资料安全系数及工作条件系数来考虑不确立要素作用
下的结构整体的安全贮备，是一个半概率的极限状态设计法。

能够以为是对安全性要求的保证。

后者控制结构在正常使用状
态时应力、裂痕和变形小于必定的限值，对
应于合用性的要求。

姑且无论这些控制方程和计算理论能否完整合理，它们起码从定性和定量的形式上保证了安
全性和合用性两项要求，而对于经济、雅观的要求则没有详
细的指标进行权衡。

自然，在方案设计和评审阶段会考虑到
经济和雅观的要求(中小桥梁主要关注经济性，而大型和特
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大型桥梁对雅观问题愈来愈重视)；但需要指出的是该阶段对
经济性的评估常常是只着重考虑建设成本，而对于后期的养
护、维修等的长久综合成本缺少考虑，所以这种评估常常是
比较片面的。

一个典型的例子是斜拉桥的换索问题。

因为目前技术水平的限制，斜拉桥拉索的均匀使用寿命在20 年到30年之间，也就是在其服役期时期起码要进行一次换索，如
果考虑到后期换索的巨大投入，那么在跨度 1000 米以下的桥型竞争中，悬索桥与斜拉桥在经济性方面的差距将大大减
小。

此刻，国内的结构设计过程中，有这样的偏向：设计中
考虑强度多而考虑持久性少；重视强度极限状态而不重视使用
极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰好是使用时
的性能表现；重视结构的建筑而不重视结构的保护。

实质上，
目前的桥梁设计中，对于持久性更多的不过作为一种看法遇到
关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行特意的持
久性设计（从资料、结构举措及设计程序上上保证持久性，并
明确申明在何种保护和使用条件下，桥梁拥有哪一种程度的持
久性）。

这些偏向在必定程度上致使了目前工程事故频发、
结构使用性能差、使用寿命短的不良结果；也与国际结构工程
界日趋重视持久性、安全性、合用性的趋向相违反；也不切合
结构动向和综合经济性（考虑结构建设、
使用、保护等整个周期的花费）的要求。

桥梁安全性、耐久性差的主要原由 1 ）施工和管理水平低国内外多座桥
梁的忽然损坏与坍毁，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关
注。

一般的见解以为目前的工程事故主假如野蛮施工和管理
腐败所致使。

对于短期内发生的诸如忽然损坏与坍毁，多是
因为施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包含资
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
致命的伤害。

而大批的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，
出现了影响正常使用的病害与劣化；特别是一些桥梁在只使
用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的持久性不足的问题，
这也与施工质量低下有重要关系，典型的问题有钢筋保护层不
足及目前宽泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题（主要原
由包含：水泥采纳、混凝土配合比、振捣、养
护不妥及预应力施加不合理等）。

这些施工上的缺点固然短期不会对桥梁的正常使用产生显然的影响，但却会对结构的长
期持久性产生特别不利的危害。

2 ）设计理论和结构结构
系统不够完美在认可施工存在问题的同时，也不可以否定，
在桥梁设计领域，特别是对于桥梁施工和使用期安全性的问
题还有很多能够改良的地方。

结构设计的首要任务是选择经
济合理的结构方案，其次是结构剖析与构件和连结的设计，并取用规范规定的安全系数或靠谱性指标以保证结构的安全
性。

很多设计人员常常只知足于规范对结构强度计算上的安
全度需要，而忽略从结构系统、结构结构、结构资料、结
构保护、结构持久性以及从设计、施工到使用全过程中常常
出现的人为错误等方面去增强和保证结构的安全性。

有的结
构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路线
不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保
护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄；这些都削弱
了却构持久性，会严重影响结构的安全性。

许多桥梁、固然
知足了设计规范的强度要求，仅用了 5～10年就因为持久性出了问题影响结构安全。

结构持久性不足已成为最现实的一
个安全问题，设计时要从结构、资料等角度采纳举措增强结
构持久性。

不一样的环境和使用条件、不一样的设计对象都会
对结构系统提出不一样的布局和结构等方面的要求。

规范再详
细也不可以包罗本应由设计人员解决的各样问题、规范更新得
再快也适应不了新认识、新技术、新资料迅速发展对结构提出的各样新的要求。

所以，合理靠谱的结构设计除了知足
规范的要求外，还要求设计人员拥有对结构天性的正确认识、
丰富的经验和正确的判断。

需要改良和努力的方向1）应当更为重视结构的持久性问题桥梁在建筑和使用过程中，必定会遇到环境、有害化学物质的侵害，并要蒙受车辆、
风、地震、疲惫、超载、人为要素等外来作用，同时桥梁所
采纳资料的自己性能也会不停退化，进而致使结构各部分不
同程度的伤害和劣化。

在大跨桥梁领域，国内从上世纪80年月以来，修筑了大批的斜拉桥；固然迄今为止出现坍毁或
严重伤害的例子极少，但已经有多座桥梁因为拉索的持久性
问题而不得不提早换索，既影响了使用又增大了经济损失。

需要指出的是，好多这种问题与没有进行合理的持久性设计
相关，这也促进人们从头认识桥梁的持久性问题。

大批的病
害实例也证明，除了施工和资料方面的原由，影响结构持久
性的决定性要素是来自结构上（也即设计上）的缺点。

国内从上世纪 90 年月开始重视了对结构持久性的研究，也获得了许多成就。

这些研究大多是从资料和统计剖析的角度
进行的，对怎样从结构和设计的角度及怎样以设计和施工人
员易于接受和操作的方式来改良桥梁持久性却极罕有人研
究。

并且，长久以来，人们向来着重于结构计算方法的研究，却忽略了对整体结构和细节办理方面的关注。

结构的耐
久性设计与惯例的结构设计有着实质的差别，目前需要努力
将持久性的研究从定性剖析向定量剖析发展。

外国的桥梁设计有基于持久性不足致使的严重损失，最近几年来十分重视
提
高结构物的持久性并将其作为重要的设计原则，一致考虑合
理的结构布局和结构细节，重申使结构易于检查、维修，以
保证桥梁的安全使用、尽可能地减少维修花费，获得了较好
的综合经济效益。

实质上，国内外的研究和实践都表示，结
构持久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。

2）重视对疲惫伤害的研究桥梁结构所蒙受的车辆荷载微风荷
载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不只会引
起结构的振动，还会惹起结构的积累疲惫伤害。

因为桥梁所采纳的资料并不是是均匀和连续的，实质上存在很多细小的
缺点，在循环荷载作用下，这些微缺点会渐渐发展、归并形
成伤害，并逐渐在资猜中形成宏观裂纹。

假如宏观裂纹不得
到有效控制，极有可能会惹起资料、结构的脆性断裂。

初期
疲惫伤害常常不易被检测到，但其带来的结果常常是灾害性
的。

疲惫伤害过去向来被以为是钢桥设计中的中心问题，
由钢结构疲惫惹起的钢材开裂事例许多，亦有许多因疲惫断
裂惹起桥梁垮塌的例子。

近20 年来，疲惫伤害的研究已进入混凝土结构，但对于使用期受腐化的钢筋混凝土构件的动
态性能和疲惫性能的研究还需增强。

对疲惫伤害的研究不不过指对整个结构而言，事实上桥梁结构常常因为某些重点
部位的局部疲惫无效而致使整个结构的无效，比如斜拉桥拉
索锚固端的疲惫伤害。

3）充足重视桥梁的超载问题汽车超载主要有三种状况：其一是初期修筑的老桥超龄负载运
营；其二是桥梁通行的车流量超出原设计；另一种是车辆违
规超载。

前两种产生的原由主假如设计荷载的变化和交通量的增添；后者是车辆使用者违纪超载运营，后两种超载现
象在我国公路运输中较为广泛。

桥梁的超载一方面可能引起
疲惫问题。

超载会使桥梁疲惫应力幅度加大、伤害加剧，甚
至会出现一些超载引起的结构损坏事故。

另一方面，因为超
载造成的桥梁内部伤害不可以恢复，将使得桥梁在正常荷载
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的工作状态发生变化，进而可能危害桥梁的安全性和持久性。

比如，混凝土桥梁向来被以为拥有足够的持久性，但在汽车
超载作用下，可能发生开裂；裂痕即便在荷载卸除后能够闭
合，但因为混凝土结构内部已经遇到伤害，构件的开裂弯距
降低、刚度降落；于是在正常使用荷载作用下，原来不应开
裂的结构产生裂痕或原来较小的裂痕成为高出规范同意的裂
痕或产生较大的变形。

这些都会对结构长久的使用性能和持
久性产生不利的影响，所以除了交管部门要增强管理外，也
需要对超载带来的结果进行研究、剖析。

4）踊跃借鉴国外的经验和成就国内桥梁设计存在的主要问题是结构正常使用性能差（指与设计希望对比，可归纳为合用性能差，
包含桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和
过大的变形等）、持久性和安全性差（包含使用寿命短、保护
花费高、安全事故较屡次等）。

这些问题的产生诚然与目前国内施工质量和管理水平较低相关，但平心而谈，既然这种
现状不可以在短期内获得解决，那么作为工程设计人员就应当
在正视这一问题的前提，充足考虑到现阶段的施工和管理水
平易资料工艺水平，采纳适合的安全度、适合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。

特别是桥梁存在的持久性和安全性问题好多与结构系统或使
用资料选择不合理及结构细节办理不妥相关。

在欧洲国家（如德国、丹麦等），特别重视对结构物进行性能设计（即
PBD ， Performance Based Design ），内容包含结构的
变形、裂痕、振动、强壮性、雅观、持久性能、疲惫性等。

PBD 研究主假如为了使结构在运营过程中除了保证最低的
安全性要求外，尚应有优秀的使用性能（包含寿命和持久性、抗腐化、耐疲惫性、雅观等）。

就其实质而言，欧洲国家的PBD 理论，主要研究结构在使用过程中表现出来的服务性
能，剖析使性能遇到弱化的原由和其发生的机理、规律，追求新的结构设计理念和方法。

从欧洲人的看法来看，PBD 仿佛是对以持久性为中心的结构使用性能指标的综合考
虑。

这一点对国内工程界应当是有启迪的。

目前国内的设计
可视为静态的设计，它只定义了设计建成时辰结构拥有的工
作能力和性能，而对运营时期性能随时间的劣化及其实质的
性能表现缺少足够的认识和考虑；换言之，从经济性的角度讲是只考虑了建筑成本，而忽略了运营期的保护成本和与
使用寿命相对应的成本效益。

桥梁安全性和持久性不足已
成为急迫需要解决的问题，要踊跃借鉴外国成功的经验和做
法，除了增强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体
系和结构的角度做好持久性的设计。

同时需要研究疲惫和超
载对于桥梁结构持久性的影响。