桥梁结构设计中的安全性和耐久性

　　摘要：随着我国交通业的发展，对桥梁工程设计提出了更加严格的要求，保证工程的耐久性与安全性十分重要。文章针对提高桥梁工程安全性的重要意义与影响因素进行分析，并提出强化桥梁结构设计中针对耐久性和安全性的有效策略。

　　一直以来，安全性和耐久性是桥梁工程结构设计中的关键内容，随着我国交通行业快速发展，安全性和耐久性也面临着更高的要求。在桥梁工程设计过程中，往往将重点放在了构件的强度或刚度方面，针对耐久性问题考虑的深度有所欠缺，对桥梁结构的安全性和耐久性都带来了一定的影响，影响工程使用寿命。

　　1　提高桥梁工程安全性的重要意义

　　在公路建设发展过程中，桥梁是连接不同地区经济、文化以及情感交流的重要枢纽，因此必须要对桥梁工程结构设计的安全性给予高度重视。通常情况下，桥梁设计与施工阶段管理质量直接影响车辆在行驶过程中的舒适度和安全性，而合理选用结构设计参数、预应力混凝土材料配比，成为加强桥梁工程安全性的有效措施。提高桥梁工程结构的耐久性，可以有效保障人民群众的生命财产安全，同时也会促进桥梁施工技术的良好发展，明显节省国家资本。

　　2　影响桥梁工程结构安全性的主要因素

　　2.1　预应力不足

　　在桥梁工程建设过程中，桥梁预应力构件需要保证足够的应力储备。一旦桥梁主体结构混凝土质量、预应力钢筋张拉应力偏差以及同管道壁摩擦作用、施工阶段精度控制偏差等问题出现，都会导致预应力降低或损失加大。针对应力不足的问题，必须要将桥梁结构设计与各种实际情况综合在一起进行分析，并利用科学有效的算法来进行结构计算。设计过程中应充分考虑锚具变形、管壁摩擦系数、安装过程中管道偏差系数、项目所在地区温度及湿度参数等多方面因素对预应力设计的影响；在施工阶段，还要按照批号来检测进场钢绞线，开展弹性模量实验，在预应力张拉和采浆过程中，也一定要选用智能化设备。在桥梁工程项目建设过程中，必须要按照规范性原则来展开施工，最大限度减少预应力降低所带来的损失，从而提高桥梁工程结构的整体安全性。

　　2.2　截面裂缝问题

　　在桥梁结构设计考虑安全性的同时，需要重点考虑桥梁构件的抗裂性能。通常情况下，桥梁采用施加预应力来防止构件裂缝的产生，常见的预应力混凝土桥梁结构按预应力类型可分为：全预应力混凝土构件、部分预应力混凝土构件2种类型，全预应力混凝土构件主要是为了确保桥梁结构在频遇组合下不会出现正截面拉应力；而部分预应力混凝土A类构件确保在频遇组合下正截面拉应力不超过规定限值。当在相应荷载工况下，构件正截面不产生拉应力或拉应力数值不超过规定限值，确保构件截面不会产生裂缝，增加结构安全性、耐久性，设计人员必须结合公路的级别及桥梁结构的重要性、跨径等信息，灵活确定采用哪类构件，在保证桥梁结构满足设计要求的同时，降低工程造价，实现资源的合理应用。

　　2.3　工程耐久性考虑不充分

　　耐久性主要是指桥梁工程的使用寿命，部分设计人员在实际设计过程中，只关注桥梁工程是否能够建成与顺利运行，并没有关注后期的运行维护方案。当桥梁工程在使用过程中出现不同程度磨损时，如果不能采取科学合理的方法进行弥补，就会影响桥梁工程的整体使用性能，所以定期对桥梁工程进行养护十分必要。但是从我国目前桥梁工程建设整体情况来看，后期桥梁养护工作存在很多待优化之处，没有形成一个整体维护系统，磨损也无法得到科学合理的维护，对桥梁工程的耐久性也会造成一定的影响。

　　3　加强桥梁工程结构设计安全性和耐久性的有效策略

　　3.1　加强桥梁工程防腐设计

　　桥梁防腐也是设计中容易忽视的部分，在桥梁工程设计过程也是必须要考虑的因素之一，直接影响桥梁结构耐久性。因为桥梁工程长期暴露在室外环境中，季节变换等天气因素对桥梁建筑材料而言也是一个十分严峻的挑战。比如在我国北方高寒的环境下，桥梁工程的安全性和耐久性都需要单独考虑。桥梁构件长期暴露在空气环境中，生锈、腐蚀、氧化问题不可避免，所以提高桥梁工程钢筋混凝土厚度以及在表面涂刷防锈材料是最为常见的解决方法，这也是当前最为科学有效的桥梁维护手段，在一定程度上提高了桥梁工程的安全性与耐久性。

　　3.2　重视桥梁工程超载问题

　　目前，超载问题较为常见，其很容易威胁到桥梁工程结构的安全性和耐久性。超载问题主要体现在以下几个方面：①部分桥梁工程在长期使用过程中，可承重能力下降，而且安全性能也逐渐降低，这时就需要对各种类型的桥梁工程进行有效改进；②桥梁自身的承重能力超出了其可承载能力；③是否有违法超载通行的大型车辆。上述几个问题的出现主要是以下原因导致：桥梁承载能力无法满足当前车辆通行需求，对桥梁工程的管理和维修不足。 在上述2种原因基础之上，在对桥梁结构设计的过程中，需要将区域中交通现有状况、辐射水平以及四周经济环境因素考虑其中，对设计方案进行合理化制定。此外，对此问题必须要依靠交管部门加强对违章车辆管控，在此基础上加强桥梁工程的主要构造和路面维护，确保在提高桥梁工程使用寿命的同时还可以减少桥梁工程的破坏，在现场维修养护的基础上来延长桥梁工程的整体使用寿命。

　　3.3　深入桥梁结构耐久性设计措施

　　提高桥梁耐久性主要方法为：一是结合当前规章制度建立起科学完善的管理体系，保证工程的整体建设质量，从而使桥梁工程项目的耐久性和安全性更高；二是要对新技术和新研究理念进行深入探索，提高桥梁结构在使用寿命范围内的可控性和安全性。

　　广东省兴宁至汕尾高速公路五华至陆河段项目已于2020年底顺利通车，项目所在地区为Ⅰ类环境类别，上部构造按Ⅰ类环境类别进行设计，下部结构所处化学腐蚀环境等级为B级和C级，采用B级和C级腐蚀环境等级，结构设计基准期为100年。根据我国相关规范对不同等级环境的混泥土最低强度等级要求可以得知，满足耐久性要求的混凝土最低等级要选择C30混凝土，全线桥涵所采用的混凝土标号也不能低于C30，鉴于此，本项目针对桥梁工程各部位材料类型与保护层最小厚度值进行了明确规定，项目目前运营情况良好。

　　3.4　加强疲劳损伤分析与研究

　　桥梁工程结构体系所承受的荷载都是动荷载，比如风荷载与车辆行驶荷载等，这些动荷载会在结构当中形成部分变化应力，除了会导致结构发生振动之外，还会使其在振动的影响下出现疲劳性损伤。所以桥梁工程所使用的材料并不是完全连续和均匀的，并且还有一部分缺陷在循环荷载作用下出现较为严重的宏观损伤，如果这些宏观损伤没有得到合理控制与解决，那么就会导致材料与整体结构产生裂缝。常见的早期疲劳性损伤很难通过检测来发现，但是损伤所带来的后果都具有较大的危害性。

　　4　结语

　　综上所述，在我国桥梁工程设计过程中，耐久性与安全性一直都是相关工程人员重点考虑的问题。当前工程建设在这两方面依然存在一定问题，比如设计人员需进一步加强设计理念，施工管理过程中重视程度仍有欠缺。针对这些问题，必须在前期设计过程中重视结构耐久性设计，施工过程中加强施工质量及精度要求，从根本上保证实体工程质量，提高桥梁结构安全性和耐久性。设计、建设、施工、监理等各单位均需严格履行各方职责，加强质量管控，致力将项目打造成品质工程，提高桥梁工程建设水平，推动我国公路桥梁建设向更好的方向发展，为发展交通强国贡献一份力量。

　　作者简介：何志伟（1989-），男，陕西汉中人，中交第二公路勘察设计研究院有限公司工程师，研究方向：桥梁设计。

　　参考文献

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　　[2] 陈雷雷. 桥梁结构设计中的安全性和耐久性问题探讨[J]. 科学大众（科技创新），2021（12）：2.

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　　（责任编辑：张闪闪）

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