橋梁設(shè)計(jì)的耐久性和安全性研究

1、<p>　　橋梁設(shè)計(jì)的耐久性和安全性研究</p><p>　　摘要：在目前國內(nèi)大多數(shù)橋梁的設(shè)計(jì)中，都存在著過于重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而輕視使用極限狀態(tài)和耐久度的問題，而在橋梁的生命周期中最為重要的恰恰就是使用過程中的性能表現(xiàn)。這種情況在一定程度上導(dǎo)致了我國近年來橋梁工程事故頻發(fā)、工程使用壽命縮短、性能變差等問題。因此加強(qiáng)多橋梁的耐久性和安全性設(shè)計(jì)具有重大的意義。本文首先分析了橋梁設(shè)計(jì)中耐久性和安全性缺失的原因

2、，然后闡述了橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)中應(yīng)關(guān)注的問題，最后提出了其保證措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁；耐久性；安全性；超載；疲勞損傷 </p><p>　　Abstract: in the present domestic most of the design of Bridges, there is too much emphasis on the strength limit

3、state and despise using limit state and durability, and the life cycle of the bridge is the most important in the performance in the process of use. To some extent, this situation led to the frequent accidents in recent

4、years, bridge construction in our country, shorten the service life of engineering, and poor performance. Therefore strengthen more durability and safety of the bridg</p><p>　　Key words: Bridges; Durability;

5、 Security; Overload; Fatigue damage </p><p>　　中圖分類號： U442.5+9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2013) </p><p>　　橋梁設(shè)計(jì)中耐久性和安全性缺失的原因 </p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)規(guī)范的先天不足 </p><p>　　結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中的各個(gè)方面工作都需要

6、有質(zhì)量保證體系。其中最首要的即是“行為”的規(guī)范、規(guī)程、指南或標(biāo)準(zhǔn)。由于環(huán)境因素的認(rèn)識較滯后，考慮結(jié)構(gòu)對環(huán)境適應(yīng)的耐久性提出的時(shí)間較遲。 </p><p>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)中具體細(xì)節(jié)注意不夠 </p><p>　　具體細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)雖然繁瑣，但是保障設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，需要設(shè)計(jì)人員不斷學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)。如：設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合橋梁所在地區(qū)的巖土工程環(huán)境類型、環(huán)境類別材料實(shí)際供應(yīng)情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。超載現(xiàn)象在

7、我國公路運(yùn)輸中較為普遍，汽車超載營運(yùn)，會對橋梁結(jié)構(gòu)長期的使用性能和耐久性產(chǎn)生不利的影響，因此除了交管部門要加強(qiáng)管理外，設(shè)計(jì)時(shí)也需要對超載帶來的后果進(jìn)行研究、分析。伸縮縫處空心梁預(yù)埋數(shù)量不足、樁基主筋保護(hù)層與建筑制圖不一致等諸多問題。 </p><p>　?。ㄈ┰O(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)、更新知識不夠 </p><p>　　目前國內(nèi)建設(shè)的現(xiàn)狀是工期緊，任務(wù)重，突擊建設(shè)。這導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員整天忙于完成設(shè)計(jì)任務(wù)

8、，無暇認(rèn)真研究新規(guī)范，學(xué)習(xí)新技術(shù)、新材料，往往是工程設(shè)計(jì)圖基本照搬以前的設(shè)計(jì)，略作修改，而設(shè)計(jì)規(guī)范不斷更新，結(jié)果要么就是設(shè)計(jì)與現(xiàn)行規(guī)范不一致，要么就是從規(guī)范上照搬幾條，而不考慮結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、氣候、技術(shù)水平現(xiàn)狀，讓后邊的施工、監(jiān)理無所適從，從設(shè)計(jì)之初留下隱患。 </p><p>　?。ㄋ模┦┕すに嚭唾|(zhì)量管理水平不高 </p><p>　　大量的在役橋梁在遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期使用壽命，就出現(xiàn)了影響

9、正常使用的病害劣化，有的甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足問題。國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與垮塌，已使工程界對橋梁耐久性問題倍加關(guān)注。這些與橋梁施工質(zhì)量不高有重要關(guān)系，典型問題有混凝土保護(hù)層不足及構(gòu)件開裂等。造成這些事故的主要原因包括施工控制不嚴(yán)、混凝土配合比不當(dāng)及振搗不密實(shí)、缺乏養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力施加不合理等。這些施工上所造成的內(nèi)部缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結(jié)構(gòu)的長期耐久性產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。因此，在橋梁建設(shè)中

10、應(yīng)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量和施工過程質(zhì)量。 </p><p>　　橋梁耐久性和安全性設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注的問題 </p><p>　?。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)的疲勞損傷 </p><p>　　風(fēng)荷載和車輛荷載都屬于動荷載，它們會在橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，由于橋梁的建筑材料既不均勻又不連續(xù)，因此往往存在著許多細(xì)小的缺陷，在循環(huán)應(yīng)力的作用下， 這些原本細(xì)小的缺陷會逐漸放大并聚合，在引起結(jié)構(gòu)

11、疲勞損傷的同時(shí)在材料內(nèi)部形成裂紋。如果不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和控制它們，則容易造成災(zāi)難性的后果。 </p><p>　　由于剛結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷并導(dǎo)致開裂和橋梁垮塌的案例較多，因此對于疲勞損傷的研究一直屬于剛結(jié)構(gòu)橋梁的研究范疇。隨著橋梁技術(shù)的不斷發(fā)展，在20世紀(jì)90年代初，疲勞損傷的問題開始被納入混凝土結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)者的研究范圍之內(nèi)，但大多集中于對某些關(guān)鍵部位的疲勞損傷的研究，如大跨度混凝土橋梁的拉索錨固端。所以在進(jìn)行橋梁設(shè)

12、計(jì)時(shí)要充分考慮到疲勞損傷對結(jié)構(gòu)的影響，以便提前采取預(yù)防措施對其進(jìn)行處理。 </p><p><b>　?。ǘ┏d問題 </b></p><p>　　造成超載的原因主要有三種：一是早期修建的橋梁已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代交通的要求；二是橋梁的車流量超過設(shè)計(jì)值；三是過往車輛違章超載。就目前的實(shí)際情況來看，后兩種情況在我國的公路運(yùn)輸中比較普遍。 </p><p&

13、gt;　　橋梁的超載不僅會引起結(jié)構(gòu)的疲勞問題，還容易在結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成不可復(fù)原的損傷，進(jìn)而威脅到橋梁的安全性和耐久性。例如，當(dāng)超載車輛經(jīng)過混凝土橋梁時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部有可能出現(xiàn)開裂，由于結(jié)構(gòu)本身已經(jīng)受到損傷，因此其剛度和開裂彎度均會大幅下降，這樣一來，即使之后經(jīng)過車輛的載荷符合橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也會引發(fā)新的裂縫或擴(kuò)大已有裂縫，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的實(shí)用性能和耐久性造成不利影響。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到超載可能帶來的后果，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防。 &l

14、t;/p><p>　?。ㄈ└又匾晿蛄旱哪途眯栽O(shè)計(jì)問題 </p><p>　　從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性。橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。如上世紀(jì)80年代以來，有多座橋梁因?yàn)槔?/p>

15、的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟(jì)損失。 </p><p>　　多關(guān)注總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別，耐久性的研究應(yīng)可以采用灰色分析法從定性分析向定量分析發(fā)展。 </p><p>　　國外的橋梁設(shè)計(jì)有鑒于耐久性不足導(dǎo)致的嚴(yán)重?fù)p失，近年來十分重視提高結(jié)構(gòu)物的耐久性并將其作為重要的設(shè)計(jì)原則，統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)，有些國家新建橋梁的耐

16、久性已能滿足75至100年的設(shè)計(jì)使用壽命。強(qiáng)調(diào)使結(jié)構(gòu)易于檢查、維修，以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費(fèi)用，取得了較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p>　?。ㄋ模┘哟髮Σ牧系暮侠硎褂昧Χ?</p><p>　　鋼筋混凝土的質(zhì)量和合理使用對橋梁的安全性具有極其重要的作用。鋼筋混凝土的質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性?；炷恋哪途眯灾饕Q于混凝土的材料組成。其中水灰比、水泥用

17、量、強(qiáng)度等級均對耐久性有較大影響。規(guī)范明確規(guī)定了不同使用環(huán)境下，結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求、對影響混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低強(qiáng)度等級、最大氯離子含量和堿含量做出了限制規(guī)定，這是規(guī)范對公路橋涵結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的基本要求，設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵照執(zhí)行。提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最關(guān)鍵的是以下兩方面： </p><p>　　加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚，保護(hù)鋼筋免于銹蝕。 </p><p>　　防止和

18、控制混凝土的裂縫。除按規(guī)范要求控制正常使用極限狀態(tài)的工作裂縫以外，更重要的是要采取構(gòu)造措施，從根本上控制混凝土施工及使用過程非工作裂縫的大量出現(xiàn)。 </p><p>　　加強(qiáng)橋梁耐久性和安全性設(shè)計(jì)的保證措施 </p><p>　?。ㄒ唬┎粩喔略O(shè)計(jì)理念 </p><p>　　從上世紀(jì)70年代后，國內(nèi)外專家在分析研究、認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，除強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造時(shí)期

19、的安全性、耐久性、整體牢固性的要求外，逐步討論了結(jié)構(gòu)在使用期間的檢測、維修、加固的新技術(shù)，對不同工程結(jié)構(gòu)物的災(zāi)害和可接受的危險(xiǎn)水平和評估進(jìn)行了深入研究，提出了耐久性設(shè)計(jì)的概念。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)所要解決的問題也就是經(jīng)濟(jì)、合理的使用年限問題，即結(jié)構(gòu)壽命期問題?；诮Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的新設(shè)計(jì)理念認(rèn)為橋梁耐久性的保證是需要橋梁設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和維護(hù)各個(gè)階段共同努力的結(jié)果。 </p><p>　?。ǘ┳龊迷O(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 &l

20、t;/p><p>　　為了確保公路橋梁建筑工程的質(zhì)量和使用壽命，設(shè)計(jì)單位在工程中標(biāo)后，需要及時(shí)組建專業(yè)勘察隊(duì)伍的對公路橋梁建筑工程施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和水文條件進(jìn)行實(shí)地的勘察，確保勘察資源的真實(shí)性和可靠性，為公路橋梁工程的設(shè)計(jì)提供更有價(jià)值的參考資料，為公路橋梁建筑工程的施工選擇出一條施工成本小、安全性能高的施工路線，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，還需要對公路橋梁的施工形態(tài)、施工的具體方案、材料選用、后期養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行考量

21、，尤其是對公路橋梁的施工技術(shù)方面的設(shè)計(jì)更要嚴(yán)謹(jǐn)，確保公路橋梁的線性弧度、剪力以及基準(zhǔn)線的科學(xué)性和合理性，確保公路橋梁結(jié)構(gòu)性能的最大化、最高化，對公路橋梁的負(fù)荷承載能力進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)定。 </p><p>　?。ㄈ┎粩嗵岣呤┕す芾硭胶褪┕べ|(zhì)量 </p><p>　　在施工時(shí)，要做到工藝先進(jìn)可行、工序嚴(yán)格控制。對于梁段新舊混凝土結(jié)合面的鑿毛、模板接縫、混凝土配比進(jìn)行嚴(yán)格檢查；對錨具下齒

22、板處混凝土加強(qiáng)振搗；對預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備事先要標(biāo)定、操作要準(zhǔn)確，使預(yù)應(yīng)力張拉、構(gòu)件細(xì)部強(qiáng)度等方面都滿足設(shè)計(jì)要求。堅(jiān)決杜絕施工工藝不當(dāng)，混凝土配合比、振搗、預(yù)應(yīng)力施加不合理，缺乏養(yǎng)護(hù)等問題的發(fā)生。 </p><p>　?。ㄋ模┘訌?qiáng)運(yùn)營階段的管理和維護(hù) </p><p>　　要解決橋梁耐久性問題，應(yīng)加強(qiáng)對使用階段的管理和維護(hù)，要充分考慮超載對于預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響，加強(qiáng)對車輛超載的管理，定期

23、對橋梁進(jìn)行檢查。對橋面混凝土開裂較為嚴(yán)重、泄水管周圍浸水現(xiàn)象應(yīng)引起橋梁養(yǎng)護(hù)者高度關(guān)注，重視對服役期橋梁結(jié)構(gòu)評估，及時(shí)進(jìn)行必要的維修和加固。只有這樣，才能從根本上提高橋梁使用性能和壽命。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　綜上，橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁

24、設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)，同時(shí)需要研究疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。設(shè)計(jì)人員也要注意自身理論體系的構(gòu)建，用發(fā)展的眼光去看待橋梁耐久性的設(shè)計(jì)，在積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和工藝的同時(shí)在工作中深入研究、積極探索、勇于創(chuàng)新，力爭為我國橋梁的設(shè)計(jì)和建造做出更大的貢獻(xiàn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]陶金星.小