张海涛

（山东省威海市公路勘察设计院）

关于道路桥梁的设计探析

张海涛

（山东省威海市公路勘察设计院）

本文就当前桥梁建筑出现耐用性、安全性能差的问题展开讨论，研究分析在桥梁设计进程中应该注意的事项和今后发展的方向。

桥梁建筑；设计；耐用性；安全性；注意事项

1 引言

当前，我国在建筑结构设计中存在很大的弊端：设计中主要考虑强度问题而忽视耐用性问题；重视强度极限状态忽略极限状态，结构是在一个完整的生命周期最核心的也是最能在使用中表现出来的；偏重结构的建设忽视后期的维护。

1.1 道路桥梁工程在设计阶段存在问题是长期积累的

我国部分桥梁工程项目在设计进程中，都把重点放到了桥梁的坚固程度能否满足要求，忽略了建筑投入使用后的后续问题，桥梁在使用后会有结构体系、原材料、耐用性、抗腐蚀性等多种问题产生，并且在施工阶段会因为人为原因、环境限制等，使项目设计阶段和使用过程出现问题，不但给桥梁的结构受力造成困扰，还会使保护层厚度不达标、混凝土强度不够、钢筋规格不符合要求等问题层出不穷。

1.2 设计方案与桥梁实际建设不同步

在项目的设计过程中，部分设计方案沿袭的还是旧时期计划，没有考虑到现代化建设要求，埋下安全隐患。设计方案是对施工的理论指导，设计水平的高低直接决定桥梁的质量，在我国现阶段的桥梁建设中，新技术、新设备、新工艺并未完全被采纳吸收，主要原因是由于工期紧迫，承包单位为了按期完成一味地追求利益，降低成本，分配给设计单位的时间少之又少，导致设计部门难以考虑其他综合因素，更加无法进一步优化设计方案，严重者会出现照抄他人方案等现象。

2 桥梁缺乏安全性和耐久性的产生因素

2.1 施工和管理水平不过关

经常出现国内外许多桥梁无故轰然倒塌的新闻，表面都认为是施工质量不过关或者缺乏监督管理导致的。短期内的突然损坏或者倒塌，其中很大一部分原因都是施工管理的不严格，没有达到相关规定的要求，常见的问题出自于原材料的选择失误、偷工减料等。

还有一种情况，许多桥梁在未到使用日期以前，就出现了大范围的损坏和坍塌，严重者更是使用寿命仅几年或者新建不久就出现了严重损坏的问题，这就与施工质量有着不可分割的关系，更甚者就是钢筋保护层不足和施工现场构件严重开裂的问题，这些问题虽然不会明显的给桥梁造表面上的伤害，但是都是桥梁中的潜在隐患。

2.2 设计理论缺少指导性，结构构造体系缺少实施性

在桥梁设计阶段存在的问题同样也不可忽视。尤其是在关于桥梁施工和使用期安全性领域还有很大的进步空间。结构设计的首要任务就是筛选出实际可行的方案，再次就是结构与构件的分析和连接的关系，采用科学可靠的安全系数或可靠性指标来确保结构的安全。大多设计人员的重点都放在强度计算能否符合标准，忽略了从结构体系到结构材料的选择，再到结构维护，最后到结构耐久性，并且忽视在实际设计、施工过程中因为人为原因导致的疏漏。有的结构缺少整体性和延性，冗余性小；有的计划图示和受力路线不明确，导致桥梁受力不均匀；有的混凝土强度低，钢筋过细，导致保护度和支撑度不够；这些因素都对桥梁的耐用性和安全性产生了影响。有的桥梁设计时虽然符合了相关要求，但是桥梁的使用寿命平均不到十年就会出现问题，桥梁结构耐久性差已经成为让社会足够重视的一个问题，需要在设计时期从施工、材料选择等多方面因素来改善。

3 道路桥梁设计中需要注意的事项和发展的前景

3.1 结构的耐久性问题不容忽视

桥梁无论是在建设或者使用的过程中，都会受到自然环境的侵害，化学生物的腐蚀或人为原因的伤害，与此同时，构成桥梁原材料的性能也会逐渐降低，就会出现各部分有不同情况的损坏。相对于大跨桥梁来说，从20世纪80年代到现在，斜拉桥的数量也在不断上涨，尽管倒塌的实例很少，但是实际损害情况也是比较严重的，多座桥梁由于拉索性能的降低必须提前换拉索，不但影响了正常的使用秩序还增加了开支。

需要注意的是，诸如此类问题的发生大多数因为设计中缺乏耐久性的考虑，人们对桥梁的耐久性也有了新的认识。许多实例说明，影响结构耐久性的核心因素是构造上的缺失，也就是设计时期的错漏，其他因素是由于施工和材料方面的原因。我国从20世纪90年代逐渐开始深入了对结构耐久性的分析，到目前也有不少的科研成果。这些研究大部分是从材料和统计分析方面进行总结的，对于实际中如何改进结构性能的问题缺乏理论指导意义，让人们难以轻易接受。并且，近几年来，研究大多数是偏向结构计算方法方向，忽视了对整体结构构造和细节解决的办法。结构的耐久性设计和常规的结构设计有很大的差别，现阶段的主要任务就是深入耐久性的分析向定量分析发展。

许多国外的桥梁设计都是缺乏耐久性，近年来耐久性作为桥梁设计的重要因素靠考虑，科学规划结构布局和构造细节，便于结构容易检查和维修，确保桥梁的正常使用，减少桥梁的维修费，提供综合效益。研究表明，国内外所有桥梁的结构耐久性对桥梁的安全使用和经济使用有着举足轻重的作用。

3.2 强调疲劳损伤对桥梁的伤害

桥梁结构所承受的都是动荷载，包括车辆荷载和风荷载。动荷载都会在结构内生出循环变化的能力，会加速结构的运动，还会积累严重的疲劳伤害。

因为建筑桥梁使用的材料不是连续的、密度相同的，其中有很多细小的缺陷，会合并或张开，形成裂缝还有材料的分离，最终就变成了宏观裂纹，如果不及时地加以控制，为之后的桥梁使用埋下隐患。以前疲劳损伤大多数归咎为钢桥设计中的重要问题，因为由钢结构疲劳而引发的钢材破损例子居多，也有许多因为按疲劳断裂导致的桥梁倾塌的实例。近20年来，混凝土结构的研究中已经开始注意疲劳损伤，但是对于在使用时期受到侵害的钢筋混凝土构件的动态性能还有疲劳性能的研究仍然缺乏。

3.3 超载问题对桥梁的伤害

汽车超载主要分以下三种情况：第一，旧时期修建的桥梁老龄化严重；第二，桥梁实际的通行流量大于原设定的；第三，就是车辆违规超载。第一和第二产生的主要原因是设计荷载的变化以及交通运行量的增大；第三是车辆使用者违法超载，后两者的现象在实际中比较常见。

桥梁的超载在一定程度上会诱发桥梁的疲劳问题。超载会加大桥梁的承重力，加速桥梁损坏程度，其次，桥梁由于超载原因造成的损伤不能自动修复，使得桥梁在正常运行状态下的工作状态发生改变，在一定程度上加速桥梁的耐久性和安全性。比如：混凝土桥梁是被公认的耐用桥梁，但是经过长期的汽车超载，会导致裂缝的出现；裂缝虽然在荷载卸除能够自动修复，但是因为混凝土内部结构已经遭到伤害，致使内部开裂弯距降低、承受力降低；在桥梁正常使用的状态下，原本闭合的结构出现了细小的裂缝，细小的裂缝因为张力的作用变的越来越大，发生大程度的变形。这些因素都会对桥梁的使用性能和耐久性产生影响，所以不但交管部门要加强管理的力度，还要对超载结果分析研究和总结经验。

3.4 取其精华，借鉴吸收先进管理经验

国内桥梁设计现有的主要问题在于是结构正常使用性能差、耐用性和安全性差。表面上看，这些问题产生的主要原因是施工质量低和管理力度不足有关，但是实际上是长期形成的，工程的设计人员应该重视这一问题，全面研究并分析现阶段的施工质量和管理水平以及材料工艺水准，选用科学的、合理的安全设计方案提高桥梁的使用质量，这是最直接的办法。尤其是桥梁耐久性和安全性问题的出现大多数与结构体系遭到破坏或者或原材料选择不当以及结构细节处理不当有关。

4 结语

在桥梁实际设计过程中，分为两种情况来进行的，承载能力和正常使用这两种极限状态。承载能力是指控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力，设计的基本准则是要求荷载效应不利组合的设计值，必须大于结构抗力的设计值。运用荷载安全系数、材料安全系数和工作条件系数综合思考多种不确定因素的推动下的结构整体的安全储备，是一种半概率的极限状态设计的方法，也可以说是安全性要求需要的保障。后者控制结构指在正常使用状态下，承受能力、裂缝程度以及变形都要小于一定的限值，以求符合适用性的发展。