針對如何提高橋梁設(shè)計(jì)可靠性的探討
馬長鳴

摘要 隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)的可靠性提出更高的要求。本文主要對出現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)可靠性問題的原因進(jìn)行分析，然后給出提高橋梁設(shè)計(jì)的可靠性措施。
關(guān)鍵詞  提高 橋梁設(shè)計(jì) 可靠性 措施

前言
在我國交通事業(yè)發(fā)展中，各種交通設(shè)備的運(yùn)用，對橋梁設(shè)計(jì)方面提出了更高的要求。然而目前在橋梁設(shè)計(jì)的可靠性方面卻出現(xiàn)了很多問題。究其原因，有以下幾點(diǎn)：

1. 1 　橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面
目前由于大部分城市還使用以前低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的公路橋梁，但是隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,社會對橋梁承壓等級越來越高，交通量的日益增多和繁重，這種低標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案已不適合現(xiàn)階段的交通需要,其本身的可靠性問題隨時(shí)可能發(fā)生,對人類的生命造成一定威脅。
1. 2 　橋梁設(shè)計(jì)方面
在設(shè)計(jì)過程,設(shè)計(jì)者只考慮橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求,卻忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為因素等方面綜合計(jì)算橋梁的可靠性。設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)欠佳,能動性不太強(qiáng)。用靜態(tài)思維去解決不斷進(jìn)步發(fā)展的技術(shù)問題,橋梁在不同的環(huán)境和使用條件下和不同的設(shè)計(jì)對象都會對結(jié)構(gòu)體系得出不同的布局和構(gòu)造要求,規(guī)范再詳細(xì)也不能代替應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問題,規(guī)范更新再快也適應(yīng)不了新技術(shù)、新材料、新工藝快速發(fā)展對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種新要求,目前的設(shè)計(jì)可視為靜態(tài)設(shè)計(jì),過于偏重設(shè)計(jì)建成時(shí)期結(jié)構(gòu)的工作和服務(wù)能力而對使用期實(shí)際的性能表現(xiàn)隨時(shí)間的劣化缺乏相應(yīng)的考慮。偏重于建造成本考慮,而不夠重視營運(yùn)的維護(hù)成本和與使用壽命相對應(yīng)的成本效益, 因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范要求外,還要求設(shè)計(jì)人員具有對結(jié)構(gòu)本性的確認(rèn)。豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷，從而在設(shè)計(jì)時(shí)對橋梁整體結(jié)構(gòu)壽命使用過程進(jìn)行全面綜合分析和計(jì)算,提高結(jié)構(gòu)的可靠性。
1. 3 　耐久性方面
目前國內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì)中存在一個(gè)明顯問題是在設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少,對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注而已,既沒有提出明確的使用年限要求,也沒有進(jìn)行專門的耐久性設(shè)計(jì),即從材料、結(jié)構(gòu),環(huán)境及設(shè)計(jì)程序來保證耐久性,并確定在何種維護(hù)和使用條件下,橋梁具有哪種程度的耐久性。
1. 4　施工和管理水平方面
在建或剛建不久卻發(fā)生諸如突然破壞與倒塌事故的橋梁之類的問題,很大方面是因?yàn)槭┕べ|(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,管理混亂。其主要原因是材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合理等,管理方面是偷工減料、以次充好等都可對橋梁的安全性造成威脅。
提高橋梁可靠性的措施
(1) 加強(qiáng)對橋梁壽命期的理解。
我國在工程建設(shè)方面,將逐步從最初的單純設(shè)計(jì)滿足載荷強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原則轉(zhuǎn)變到既滿足載荷強(qiáng)度需求又滿足橋梁壽命需要的設(shè)計(jì)思路。符合國際上造橋?qū)�壽命期的要求。加�?qiáng)橋梁使用壽命的理解,應(yīng)首先要研究確定結(jié)構(gòu)重要性的方法。壽命期定后橋梁建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行(包括養(yǎng)護(hù)、維修、管理) 也需要綜合考慮,以便修建的橋梁壽命在預(yù)想之中。
(2)環(huán)境因素。
在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)該減少或降低環(huán)境因素對混凝土和鋼筋的影響。特別在靠近氯離子侵蝕嚴(yán)重的海邊,其環(huán)境因素對橋梁的影響后果更不容忽視。橋面應(yīng)有一定的坡度或設(shè)置排水管道,在混凝土橋面板與路面層之間設(shè)置可靠防水層,防止水向下滲漏,造成環(huán)境對橋梁的破壞后果。
(3)結(jié)構(gòu)的耐久性問題必須得到重視。
橋梁在建造和使用過程中,會受到環(huán)境、甚至化學(xué)物質(zhì)的侵蝕并承受各種荷載及人為因素等外部作用,同時(shí)橋梁本身所采用的材料性能也會不斷疲勞、損傷、劣化,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部分不同程度的損傷和劣化,橋梁早期開裂等,大量病害實(shí)例證明除了施工和材料方面的原因外,影響耐久性的決定性因素是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷造成,長期以來,人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法研究,而忽視對總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注,對如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易接受操作方式來改善橋梁耐久性卻很少研究。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)區(qū)別,目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析方向發(fā)展。
(4)運(yùn)營環(huán)境的超載問題應(yīng)該受到重視。
橋梁的超載一方面使疲勞應(yīng)力幅度加大,損傷加劇,甚至結(jié)構(gòu)破壞。另一方面橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù),使受力狀態(tài)發(fā)生變化,從而使橋梁的可靠性降低。橋梁超載主要表現(xiàn)為舊橋超齡負(fù)載運(yùn)營,通行車流量超過設(shè)計(jì)預(yù)測值,車輛的違規(guī)超載,這些問題除了交管部門要加強(qiáng)管理外,對超載帶來的后果進(jìn)行研究分析成為一種迫切需要在國內(nèi)這種特定的運(yùn)輸環(huán)境中,超載已是一種社會問題,不可在短時(shí)間內(nèi)制止,設(shè)計(jì)上在考慮經(jīng)濟(jì)的情況下,應(yīng)變被動適應(yīng)改為主動適用,在荷載組合設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)研究分析,應(yīng)充分考慮合理的超載外力,從而有效地提高橋梁承可靠性。
(5)疲勞損傷的研究應(yīng)該加強(qiáng)重視。
橋梁結(jié)構(gòu)所承受外力大部分是動荷載,會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力及應(yīng)變,引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。橋梁所采用的材料本身就不是均勻和連續(xù)的,實(shí)際上存在許多微小的缺陷,在循環(huán)荷載作用下,這些微缺陷逐漸發(fā)展擴(kuò)大形成損傷。如在運(yùn)營時(shí)得不到有效控制,會引起材料結(jié)構(gòu)的脆性斷裂,帶來和后果往往是災(zāi)難性的。對疲勞損傷的研究不僅僅對整個(gè)結(jié)構(gòu)而言,事實(shí)上橋梁結(jié)構(gòu)常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失效。近年來,疲勞損傷的研究雖然進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu),但對于使用后期受腐蝕的鋼筋構(gòu)件中的動態(tài)性能和疲勞性的研究還需要加強(qiáng)。
(6) 對于國外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)要積極借鑒。
國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問題是結(jié)構(gòu)正常使用性能差,例如橋梁的線形不平順、振動過大、接頭易跳車、結(jié)構(gòu)開裂和變形過大等。而國內(nèi)橋梁的耐久性和安全性也比較差。對于橋梁出現(xiàn)的這些問題,我們應(yīng)認(rèn)真考慮國外有關(guān)橋梁方面的技術(shù),應(yīng)認(rèn)真研究其優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。例如歐洲國家對結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),包括對結(jié)構(gòu)的變形、裂縫的處理,消除或減小振動的方法等,這些設(shè)計(jì)都將加強(qiáng)橋梁的可靠性安全性和耐久性的設(shè)計(jì)。

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