2018浅谈桥梁设计的耐久性
摘要：如何更好地避免桥梁质量事故的继续发生，一直是桥梁工作者关注的重点，其中，采取必要的、有效的措施保证桥梁安全性、耐久性符合规范、设计的要求，是避免或减少桥梁坍塌等质量事故发生的重要举措。http://
Abstract: How to better avoid the accident of collapse of bridge is always on the minds of bridge engineers, some important solution to reduce such accidents included are taking necessary effective measure to guarantee bridge safety and durability following the standard design
关键词：桥梁设计耐久性原因 改进方向
Key Words: bridge design, durability, reason, improvement direction
中图分类号： U445.47文献标识码：A文章编号：
随着我国交通建设事业的迅速发展，对于桥梁耐久性问题应有未雨绸缪的思考，因而对其进行研究和采取相应的措施就应格外予以重视。 其本质是在注意到“ 量” 的同时，必须注意结构物“ 质”的飞跃和发展。 如果在现在的大规模建设中，不认真考虑结构耐久性问题，势必给将来带来不良的苦果。
一、国内桥梁设计存在的问题
桥梁具体的设计过程按承载能力和正常使用两种极限状态来进行。 前者是控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力。 设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值，必须小于或等于结构抗力的设计值。 利用荷载安全系数 材料安全系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下的结构总体的安全储备，是一个半概率的极限状态设计法。 可以认为是对安全性要求的保证。 后者控制结构在正常使用状态时应力、 裂缝和变形小于一定的限值，对应于适用性的要求。
暂且不论这些控制方程和计算理论是否完全合理，它们至少从定性和定量的形式上保证了安全性和适用性两项要求，而对于经济美观的要求则没有具体的指标进行衡量。当然，在方案设计和评审阶段会考虑到经济和美观的要求；但需要指出的是该阶段对经济性的评估往往是只注重考虑建设成本，而对于后期的养护、维修等的长期综合成本缺乏考虑，因此这种评估经常是比较片面的。
二、造成桥梁耐久性差的原因
国内外桥梁统计资料表明，耐久性失效是导致桥梁结构在正常使用环境状态下降低使用寿命、影响正常使用，甚至发生坍塌现象的主要原因之一，由此给包括我国等诸多国家所带来的巨大经济损失远远超过了人们所估计的范围。
1、设计原因。 在对桥梁进行设计时， 许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构构造、结构体系、结构耐久性、结构材料、结构维护以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性，致使有的计算图式和受力路线不明确，有的结构整体性和延性不足、冗余性小，这些都极大地削弱了桥梁结构的耐久性。
2、施工原因。 不合格、不规范的施工也是造成桥梁耐久性不足的一个重要原因。在实际施工中，工作人员往往为了抢进度而忽视桥梁的施工质量，如施工材料使用不当、以次充好，混凝土质量不合格，钢筋保护层厚度不够，振捣、养护不当，预应力施工不合理等现象，致使桥梁的施工质量远远没有达到规范和设计要求，在短暂的使用年限中，会出现影响其正常使用的病害与劣化，进而对桥梁长期耐久性产生危害。
3、管理原因。 桥梁要满足设计和规范所要求的使用年限，好的设计与施工固然重要，但使用、运营中的管理同样不可忽视，缺乏合理的维护与管理同样会严重降低桥梁的耐久性。社会在不断发展、不断进步，致使交通量不断增大，车辆荷载吨位亦不断提高，车辆等运输机械对桥梁的碰撞、磨损、使用环境的劣化，以及重载、超载现象的发生，如不科学管理、及时维护，都会使桥梁耐久性不足而无法达到其预定的使用年限。
4、环境原因。 我国城市工业化建设发展的步伐仍在不断加大，致使一些有害物质、有毒气体随之产生，空气中酸雨、废气等腐蚀性有害物质亦不断增多，其在恶化我国环境、空气的同时，由于桥梁长期暴露在自然环境中，因此，对桥梁也会产生一定的腐蚀性作用。据相关资料统计，我国受酸雨侵蚀的面积已超过国土面积的30%，这从某种程度上讲，对桥梁耐久性的维持同样产生不利影响。
三、桥梁设计耐久性的改进方向
1、应该更加重视结构的耐久性问题。 桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。 在大跨桥梁领域，国内从上世纪 80 年代以来，修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用又增大了经济损失需要指出的是，很多这类问题与没有进行合理的耐久性设计有关，这也促使人们重新认识桥梁的耐久性问题。大量的病害实例也证明，除了施工和材料方面的原因，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上的缺陷。国内从上世纪 90 年代开始重视了对结构耐久性的研究，也取得了不少成果，这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，对如何从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人研究。 而且，长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。 结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别，目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析发展。
2、充分重视桥梁的超载问题 。汽车超载主要有三种情况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加；后者是车辆使用者违法超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。
桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题 超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、 损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题，要积极借鉴国外成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。同时需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。
3、重视对疲劳损伤的研究 桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，导致存在许多由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、 结构的脆性断裂 。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题，由钢结构疲劳引起的钢材开裂案例较多，亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。
作为一种人工修建的跨域地面障碍的结构物―桥梁， 在施工期间和运营过程中，总是伴随着一定的风险，在一定条件下，将导致桥梁坍塌事故的发生，给人们的生命财产和社会稳定带来诸多不利影响。如何更好地避免桥梁质量事故的继续发生，一直是桥梁工作者关注的重点，其中，采取必要的、有效的措施保证桥梁安全性、耐久性符合规范、设计的要求，是避免或减少桥梁坍塌等质量事故发生的重要举措。
综上所述，在对桥梁耐久性进行研究和采取相应措施予以加强、改进的过程中，我们要广泛借鉴、吸收、学习国外成功的做法和经验，在结合我国各地具体情况的基础上，严格依据规范要求，从桥梁设计理念、结构体系、构造角度、疲劳损伤、现场施工、交通管理等方面进行不断的改进。
参考文献：
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