董利鹏+陈晶晶

摘 要：路橋作为国家基础交通设施，在加快社会经济发展和提高人民生活质量中发挥十分重要的作用。因此，路桥工程的设计可靠性和运营耐久性日益引起社会的关注和重视。路桥的结构设计是理论知识和实际工程经验的结合，若结构设计不当容易引起路桥结构的不稳定性，进而影响路桥的安全性。本文主要分析探讨路桥在进行结构设计时应注意的问题，并结合实际工程经验，提出路桥结构设计的看法，以期能提供一些借鉴作用。

关键词：路桥 结构设计 耐久性 可靠性

1、引言

随着国家经济水平不断提高，作为国家基础交通设施系统中的重要组成部分，路桥工程建设的可靠性、耐久性和安全性日益受到社会的关注。路桥的结构设计是路桥工程的基础，是保障路桥使用的可靠性和耐久性的根本所在。路桥的结构设计是理论设计知识和实际工程经验的结合。因此，总结以往路桥结构设计的经验教训，引入国内外先进的结构设计和实验方法，结合路桥工程的实际施工情况，综合考虑各种因素的影响，构建符合国情的路桥结构设计方法，这对提高路桥在使用中的安全性和可靠性具有十分重要的意义。

2、路桥结构设计中注意的问题

2.1结构设计的耐久性问题

路桥的结构耐久性设计是设计中应该重点考虑的问题，耐久性设计直接影响桥梁的质量。若路桥的耐久性设计没有满足桥梁的使用要求，可能会降低桥梁的使用效率，增加路桥的维护成本。

但在实际结构设计阶段，有些设计人员因为对设计理论掌握的不够深入，不能整体系统设计的角度出发，生搬硬套设计规范和标准图示，忽视从结构构造、结构维护、结构耐久性、结构材料到路桥施工和使用全过程中经常出现的主观和客观错误因素，进而影响结构安全性和耐久性。同时，有些设计人员工程实践经验不足和缺乏主观能动性，习惯用静态的思维去解决设计过程中出现的各种技术问题。因路桥的使用坏境和使用条件不尽相同，其结构往往要求不同的布局和构造。再详细的设计规范也不能代替设计人员解决各种实际问题，再新的设计规范也不能满足不断发展的新材料、新工艺和新技术对结构设计的要求。目前的设计被认为是静态设计，通常过度强调设计建成时期的结构工作和服务能力，缺乏对因时间变化导致实际使用性能下降的认识和思考。同时，没有从经济性的角度出发，过多考虑建造成本，忽视桥梁的运营成本和使用寿命对应的成本。因此，除了满足规范的要求外，合理可靠的结构设计还要对结构本性有着正确的认识。

2.2结构设计的可靠性问题

路桥的结构可靠性设计也是路桥结构设计中不能忽视的因素，可靠性设计直接关系路桥工程施工的质量和安全性。若路桥结构可靠性在设计过程中没有得到保证，势必危害桥梁的结构，在施工工程中容易引发安全事故，造成难以弥补的人员和社会损失。同时，路桥结构可靠性低将降低桥梁的使用寿命，提高维护成本。因此，在进行结构设计时，必须要保证桥梁的结构可靠性，从而保障桥梁的使用安全性，提高使用寿命，减少事故和额外的维护费用。

路桥结构可靠性设计是指，在结构承受外载荷和结构抗力的统计特征已知的情况下，根据规定的对象可靠指标，合理选择结构截面的结合参数，以保证结构在规定的使用条件下和规定的使用时间内，其可靠性高于预先的给定值。我国对结构可靠性研究仅限于理论，且侧重于可靠性设计方面，对于结构可靠性评估理论的研究比较落后。实际上，只有对现有路桥结构做出正确的可靠性评估，才能准确得到路桥的剩余寿命，进而保证路桥在后续使用寿命中的安全性，节省大量的维护资金。

最近几年发生的大桥坍塌或局部破坏事故在一定程度上都是由构件疲劳损坏引起的，这反应了在桥梁设计阶段，重视强度而忽视耐久性和，重视强度极限状态而忽视使用极限状态，重要桥梁的结构建造而忽视桥梁的结构检测和维护，导致桥梁的承载能力变差，影响桥梁的安全运营，提高后期桥梁的维修费用。因此，对桥梁结构的可靠性设计是非常必要且不可或缺的。

2.3结构设计疲劳损伤问题

路桥的疲劳损伤也是路桥结构设计中不能忽视的因素。桥梁在使用过程中承受的载荷是因车辆载荷和风载荷引起的动载荷，这会在桥梁结构内产生变化的循环应力，从而引起结构振动和累计疲劳损伤。由于桥梁的建造材料是非连续均匀的，会存在很多微小的缺陷。这些微小缺陷会在循环应力的作用下，合并为较大的结构损伤，进而发展为宏观的裂缝和断裂。此外，路桥的疲劳损伤设计也不能只关注整体结构，对于路桥结构的关键部位，因更加注意局部的疲劳损伤设计。

2.4结构设计的超载问题

车辆的超载主要分为三种情况：桥梁超龄超负载运营，桥梁超设计车流量通行，行驶车辆违规超载。超载会引起桥梁的疲劳应力突然加大，容易引发结构破坏，或产生桥梁内部不可恢复的结构损伤，影响桥梁的正常载荷下的运营状态，从而危害桥梁的安全性和耐久性。因此，在路桥结构设计阶段，要综合考虑当地的经济情况，在计算载荷设计中，充分合理考虑超载外力，化被动适应载荷到主动适应载荷，从而有效提高结构的可靠性和使用寿命。

3、桥梁结构的可靠性设计方法

路桥的结构设计可以分为两类方法：经验安全系数设计法和概率设计法两类。经验安全系数设计法是按经验将影响结构安全的各项参数取值，一般取规范规定的设计标准值或者平均值，并考虑会影响结构安全性的发生变化的参数，再通过载荷和结构强度计算，再选定路桥结构的安全系数X。概率设计法是把所有可能会降低结构安全性的参数设定为随机变量，引入概率论和数理统计学中的数学工具来分析这些参数，或者通过可靠度分析，计算在设计使用期限内，结构满足设计使用功能的概率。目前，概率设计法因其高可靠性和高效率，在世界范围内得到广泛应用。以发展进程进行来分，可靠度设计通常分为半概率设计法、近似概率设计法和全概率设计法。

3.1半概率设计法

半概率设计法是指在设计阶段，分别从承载载荷和材料强度设计上使用概率设计的方法。但由于没有从路桥结构的整体性出发，将载荷和抗力分开设计，缺乏对结构失效概率的计算，并仅引用工程经验来确定各项安全系数。因此，半概率设计法属于经验安全系数设计和概率设计综合方法。目前，我们大部分路桥设计规范都属于半概率设计法。

3.2近似概率设计法

近似概率设计法是通过概率论和数理统计的方法，相对估计出路桥结构和构建截面的“可靠概率”，并通过数学工具，进一步估计该“可靠概率”。这种方法是基于概率理论的设计方法，但忽略了变量随时间变化的关系，线性化复杂极限状态方程，所以只能当做一种近似的概率法。当前，这种方法已经在我国进入实用阶段。

3.3全概率设计法

全概率设计法是指在设计中，将如载荷、材料性能和尺寸等各项参数均使用随机变量或者随机概率模型来描述，通过数学计算，求得最优失效概率。该设计方法要求对理论知识掌握能力和对实际工程环境的了解程度都有很高的要求，因此还没有得到广泛推广。目前仅应用在特殊重要的结构设计中。

4、结语

路桥工程建设中国家基础交通设施系统中的重要组成部分，其可靠性、耐久性和安全性在经济发展中起到了至关重要的作用。路桥的结构设计是理论设计知识和实际工程经验的结合，从耐久性、可靠性、疲劳损伤、超载和运营环境的综合角度出发，才能保障路桥运营的安全性和可靠性，延长路桥的使用寿命，降低路桥的维护费用，更好的为社会发展服务。

参考文献

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