橋梁工程設計中的安全性和耐久性分析

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摘要：主要對橋梁工程設計中的安全性和耐久性進行了分析研究，首先介紹了橋梁安全性和耐久性的技術(shù)評估，然后對橋梁工程安全性的各項影響因素進行了分析，并且對耐久性設計具體實施方法進行了詳細闡述。根據(jù)研究，在橋梁設計過程中，應該適當增加混凝土保護層厚度，加強抗震設計和防水層設計，減少橋梁共振效應以及橋梁使用中的疲勞損傷，這樣才能提高橋梁工程的安全性和耐久性。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；安全性；耐久性

0引言

社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使橋梁建設數(shù)量也在不斷增加，在促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展方面發(fā)揮著十分重要的作用。在橋梁設計中，加強安全性設計和耐久性有利于提高橋梁建設質(zhì)量，保障橋梁使用的安全性[1]。

1橋梁安全性和耐久性的技術(shù)評估

現(xiàn)階段，很多橋梁工程的安全性和耐久性都無法滿足技術(shù)評估指標。對于橋梁工程的安全性和耐久性評估，并不一定需要在橋梁發(fā)生損壞時才可以得出準確的評估結(jié)果。我國在橋梁安全性和耐久性檢測標準中，已經(jīng)明確了完善的檢測標準，據(jù)此可以對橋梁進行有效的評估，然后在橋梁中進行警示標識。

2影響橋梁工程安全性的要素

2.1預應力損失

橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和牢固性對于橋梁預應力損失會產(chǎn)生較大影響。橋梁混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋穩(wěn)定性、管道壁的摩擦力都會導致橋梁預應力損失，因此，在橋梁設計中，必須結(jié)合實際情況進行準確計算，不僅要明確預應力鋼筋的分批次張拉順序，而且還應該綜合考慮不同橋梁施工階段的溫度情況，這樣才能保證橋梁設計規(guī)劃和設計圖紙的可行性，盡量避免出現(xiàn)預應力鋼筋變化問題。

2.2截面抗裂性

橋梁設計的安全性與橋梁各個結(jié)構(gòu)的抗裂性能有很大的關(guān)聯(lián)，在對橋梁的抗裂性能進行衡量時，應該綜合考慮不同橋梁結(jié)構(gòu)的特征。比如，在預應力混凝土受彎結(jié)構(gòu)設計中，需要考慮全預應力和部分預應力，全預應力結(jié)構(gòu)在短期效應下不會產(chǎn)生正截面拉應力，而部分預應力在規(guī)定限期內(nèi)會產(chǎn)生拉應力。在橋梁設計中，全預應力結(jié)構(gòu)最為重要，尤其是在一些建設規(guī)模大、承載力較大的橋梁設計中，更應該綜合考慮全預應力結(jié)構(gòu)設計，這樣才能有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的牢固性和穩(wěn)定性，延長橋梁使用壽命[2]。

2.3材料質(zhì)量

在橋梁施工中，施工材料能夠在很大程度上影響橋梁建設質(zhì)量，而隨著橋梁性能的退化，橋梁結(jié)構(gòu)也會逐漸變形，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，在橋梁工程設計中，為了提高橋梁全壽命耐久性，應該充分考慮材料物理特性和化學特征的變化情況。橋梁材料物理變化主要體現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、鋼筋構(gòu)件腐蝕等方面。對于橋梁材料選擇，首先需要考慮材料的耐久性，對混凝土結(jié)構(gòu)的碳化、氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕程度進行分析，其中，混凝土材料的耐久性要求如表1所示。其次，還需要對橋梁鋼結(jié)構(gòu)以及其他構(gòu)件的耐久性進行設計，通過模擬實驗，計算構(gòu)件的承載能力，并預估材料的使用周期。

3耐久性設計具體實施方法

3.1適當增加混凝土保護層厚度

橋梁工程的主題結(jié)構(gòu)是由混凝土和預應力鋼筋構(gòu)成的，通常情況下，可以在混凝土結(jié)構(gòu)和預應力之間設置保護層，以此提高混凝土結(jié)構(gòu)和預應力鋼筋的黏結(jié)力，避免二者之間產(chǎn)生不良影響。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在橋梁工程中，保護層厚度會對鋼筋的碳化作用產(chǎn)生較大影響，因此，可以通過適當增加保護層厚度盡量減少對鋼筋的腐蝕作用，提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

3.2加強抗震設計

在地震災害發(fā)生時，橋梁結(jié)構(gòu)不可避免地會受到損害，為了盡量減輕橋梁結(jié)構(gòu)受到的損害，在橋段設計以及支座設計方面，可以采用延性設計。在橋梁設計中，抗震設計屬于被動防御設計方法，目前，為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，應該采用主動防御設計方法，首先對橋梁的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和力學性質(zhì)進行分析，然后結(jié)合實際情況對橋梁結(jié)構(gòu)進行科學合理的設計。在橋梁抗震設計方面，首先需要計算橋梁地震荷載，然后結(jié)合反應譜理論對橋墩進行合理設計，如果橋梁結(jié)構(gòu)形式復雜，而且橋墩高度在30m以上，則可以結(jié)合時程反應分析法進行橋梁抗震設計。

3.3加強防水層設計

在橋梁工程設計中，防水層設計是十分重要的組成部分，防水層是整個橋梁的保護層，防水層設計好壞能夠直接影響橋梁的防水效果，與橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性有很大的關(guān)聯(lián)。橋梁常年暴露在環(huán)境中，不可避免地會受到環(huán)境中各種因素的影響，比如污水、酸雨、工業(yè)化學廢棄物等，而這些因素都會對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)造成一定的腐蝕作用，而防水層能夠?qū)蛄夯炷两Y(jié)構(gòu)起到很好的保護作用，因此在橋梁工程設計中，防水層設計至關(guān)重要。在具體的設計過程中應該盡量提高防水層的抗?jié)B性能，確保其能夠有效抵抗拉力作用，并且防水層材料必須能夠與橋面混凝土緊密結(jié)合，這樣才能將橋面與橋體有效結(jié)合。除此以外，還需要加強排水結(jié)構(gòu)設計，有效排出橋面積水，提高橋梁耐久性[3]。

3.4減少橋梁共振效應

在自然界中，共振效應較為常見，在外力的作用下，某種物質(zhì)的振動與原物體的自然振動一致時，可能會對橋梁結(jié)構(gòu)造成毀滅性的影響。為了盡量避免橋梁受到共振效應的影響，應該在橋梁中設置減震器，起到干擾共振波的作用。通過減震器能夠有效避免振動波的加強。如果橋梁道路是實心公路，則一旦產(chǎn)生共振波，很可能影響到整個橋梁，而如果橋梁是由不同的道路或者截面所組成的，則一個截面的運動也會傳遞到另一個截面上。但是由于不同截面是疊放而成的，因此在不同截面之間會產(chǎn)生一定的摩擦，對此，可以通過增加摩擦力改變共振波頻率，避免振動波不斷累積。

3.5減少橋梁使用中的疲勞損傷

在橋梁工程的長期使用過程中，由于受到車輛動荷載的影響，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生循環(huán)變化應力，而這一應力不僅會導致橋梁產(chǎn)生振動作用，而且還會導致橋梁受到疲勞損傷。另外，在橋梁建設過程中，施工材料并不是完全均勻的，導致橋梁結(jié)構(gòu)可能會有很多細小的缺陷，在車輛、行人所產(chǎn)生的動荷載作用下，這些缺陷會不斷放大，最終導致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，如果裂縫問題嚴重，甚至會導致橋梁結(jié)構(gòu)斷裂。橋梁工程疲勞損傷會出現(xiàn)在橋梁的各個結(jié)構(gòu)方面，如果疲勞損失十分嚴重，則甚至會導致整個橋梁結(jié)構(gòu)失效。由此可見，在橋梁工程設計中，采取有效措施盡量減少橋梁疲勞損失是提高橋梁安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

4結(jié)語

橋梁工程對于促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要，相關(guān)部門必須高度重視橋梁工程的安全性設計和耐久性設計問題。對此，不僅需要在橋梁工程設計環(huán)節(jié)高度重視，而且在橋梁建設過程中也應該結(jié)合橋梁的持久性使用和安全性使用要求，加強施工質(zhì)量控制，這樣才能有效延長橋梁使用壽命。

參考文獻：

[1]孟寶全.淺談橋梁工程設計中的安全性和耐久性問題[J].建材發(fā)展導向（上），2016（1）：186-187.

[2]吳錦華，朱青蘭.關(guān)于橋梁工程設計中的安全性和耐久性的研究[J].建筑知識（學術(shù)刊），2014（9）：398.

[3]周鍵煒.淺析橋梁設計中存在的安全耐久性問題及對策[J].建材發(fā)展導向（上），2015（6）：222-223.

作者：羅群星 單位：貴州省凱里公路管理局