橋梁工程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中的安全性和耐久性進(jìn)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(xiàng)影響因素進(jìn)行了分析，并且對耐久性設(shè)計(jì)具體實(shí)施方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。根據(jù)研究，在橋梁設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)和防水層設(shè)計(jì)，減少橋梁共振效應(yīng)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(jì)的迅速發(fā)展，使橋梁建設(shè)數(shù)量也在不斷增加，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著十分重要的作用。在橋梁設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)安全性設(shè)計(jì)和耐久性有利于提高橋梁建設(shè)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(biāo)。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(shí)才可以得出準(zhǔn)確的評估結(jié)果。我國在橋梁安全性和耐久性檢測標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)明確了完善的檢測標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此可以對橋梁進(jìn)行有效的評估，然后在橋梁中進(jìn)行警示標(biāo)識。

2影響橋梁工程安全性的要素

2.1預(yù)應(yīng)力損失

橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和牢固性對于橋梁預(yù)應(yīng)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(dǎo)致橋梁預(yù)應(yīng)力損失，因此，在橋梁設(shè)計(jì)中，必須結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，不僅要明確預(yù)應(yīng)力鋼筋的分批次張拉順序，而且還應(yīng)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(shè)計(jì)規(guī)劃和設(shè)計(jì)圖紙的可行性，盡量避免出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋變化問題。

2.2截面抗裂性

橋梁設(shè)計(jì)的安全性與橋梁各個(gè)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(jìn)行衡量時(shí)，應(yīng)該綜合考慮不同橋梁結(jié)構(gòu)的特征。比如，在預(yù)應(yīng)力混凝土受彎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力，全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在短期效應(yīng)下不會產(chǎn)生正截面拉應(yīng)力，而部分預(yù)應(yīng)力在規(guī)定限期內(nèi)會產(chǎn)生拉應(yīng)力。在橋梁設(shè)計(jì)中，全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)最為重要，尤其是在一些建設(shè)規(guī)模大、承載力較大的橋梁設(shè)計(jì)中，更應(yīng)該綜合考慮全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shè)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(shè)計(jì)中，為了提高橋梁全壽命耐久性，應(yīng)該充分考慮材料物理特性和化學(xué)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，通過模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算構(gòu)件的承載能力，并預(yù)估材料的使用周期。

3耐久性設(shè)計(jì)具體實(shí)施方法

3.1適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度

橋梁工程的主題結(jié)構(gòu)是由混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)成的，通常情況下，可以在混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力之間設(shè)置保護(hù)層，以此提高混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)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(hù)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(dāng)增加保護(hù)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(qiáng)抗震設(shè)計(jì)

在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，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(shè)計(jì)以及支座設(shè)計(jì)方面，可以采用延性設(shè)計(jì)。在橋梁設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)屬于被動防御設(shè)計(jì)方法，目前，為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)該采用主動防御設(shè)計(jì)方法，首先對橋梁的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，然后結(jié)合實(shí)際情況對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。在橋梁抗震設(shè)計(jì)方面，首先需要計(jì)算橋梁地震荷載，然后結(jié)合反應(yīng)譜理論對橋墩進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，如果橋梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，而且橋墩高度在30m以上，則可以結(jié)合時(shí)程反應(yīng)分析法進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)。

3.3加強(qiáng)防水層設(shè)計(jì)

在橋梁工程設(shè)計(jì)中，防水層設(shè)計(jì)是十分重要的組成部分，防水層是整個(gè)橋梁的保護(hù)層，防水層設(shè)計(jì)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(xué)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(hù)作用，因此在橋梁工程設(shè)計(jì)中，防水層設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在具體的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)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(qiáng)排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(yīng)

在自然界中，共振效應(yīng)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(shí)，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(yīng)的影響，應(yīng)該在橋梁中設(shè)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(qiáng)。如果橋梁道路是實(shí)心公路，則一旦產(chǎn)生共振波，很可能影響到整個(gè)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(gè)截面的運(yùn)動也會傳遞到另一個(gè)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(yīng)力，而這一應(yīng)力不僅會導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生振動作用，而且還會導(dǎo)致橋梁受到疲勞損傷。另外，在橋梁建設(shè)過程中，施工材料并不是完全均勻的，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)可能會有很多細(xì)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(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，如果裂縫問題嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)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(gè)結(jié)構(gòu)方面，如果疲勞損失十分嚴(yán)重，則甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)失效。由此可見，在橋梁工程設(shè)計(jì)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(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)問題。對此，不僅需要在橋梁工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)高度重視，而且在橋梁建設(shè)過程中也應(yīng)該結(jié)合橋梁的持久性使用和安全性使用要求，加強(qiáng)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(xiàn)：

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

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

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

作者：羅群星 單位：貴州省凱里公路管理局