浅谈桥梁工程设计中存在的主要问题及策略.docx

1、浅谈桥梁工程设计中存在的主要问题及策略 摘要 : 我国的桥梁建筑在桥梁设计以及施工方面都有了长足的发展，但桥梁设计方面仍然存在着诸多的问题需要进一步的完善和提高。下文作者主要对桥梁设计中存在问题的因素进行了详细探讨与分析，并提出了对应的解决方案。 关键词 :桥梁设计；问题；解决方案 Abstract: Chinas bridge architecture design and construction of the bridge has developed rapidly, but there is still a bridge design many questions need to be

2、 further improved and enhanssed and detailed analyzed with corresponding soluti 中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号： 1 我国桥梁设计中存在的主要问题 目前国内的桥梁结构设计普遍有这样的倾向：设计中考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现；重视结构的建造而不重视结构的维护。实际上，目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计。这些倾向在一定程度上导致

3、了当前工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果；也与国际结构 工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背；也不符合结构动态和综合经济性的要求。 2 问题产生的原因分析 2 1 施工和管理水平低 国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的突然破坏性倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等 ;也有个别桥梁存在偷工减料、以次充好等严重的管理问题。 2 2 设计理论和结构构造体系不够完善 在承认施工中存在问题的同时，也不可否认，在桥梁设

4、计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标来保证结构的安全性。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，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用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。有的结构整体性和延性不足，冗余性小 ;有的计算图式和受力线 不明确，造成局部受力过大 ;有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋截面过薄 ;这些都削弱了结构耐久性，会严重影响结构的安全性。 3 桥梁

5、全寿命设计理论的内涵分析 3 1 基于桥梁全寿命周期的设计理论研究 桥梁全寿命设计理论不再局限于短期性能设计、建设期的成本等，而是考虑桥梁全寿命周期内可能发生的一系列变化进行设计和优化，包括寿命周期内的性能设计和优化、寿命周期成本分析和评价、寿命周期内桥梁性能退化和维持管理养护工作等。 3 2 基于性能的设计理论研究 桥梁全寿命 设计理论是基于业主、使用者和社会等的需求而进行的，并将这些需求转化为桥梁寿命周期的功能需求，再将寿命周期内的这些功能需求转化为桥梁系统的性能要求。主要研究结构在使用过程中表现出来的服务性能，分析使性能受到弱化的原因及其发生的激励、规律。 3 3 基于寿命周期成本优化的

6、设计理论研究 基于寿命周期成本优化的设计理论，是在满足桥梁性能需求的前提下，以寿命周期成本总值最小为目标的设计理念。桥梁全寿命周期成本与桥梁传统成本分析法的成本计算存在不同之处，而全寿命成本则是桥梁在其寿命周期内的确定性和不确 定性的全部费用总和。 3 4 基于可持续发展的设计理论研究 桥梁在寿命周期内自然资源和能源的消耗最小化 ;建筑的质量、功能、性能与环保性统一。 4 对策及改进办法 4 1 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

7、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，既影响了使用又加大了经济损失。 需要指出的是，很多这类问题都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主要来自构造上 (也即设计上 )的缺陷。 4 2 重视对疲劳损伤的研究 桥梁结构所承受的车辆荷载都是动荷载，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

8、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，这些微小缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹得不到有效控制，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，也有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近 20 年来，疲劳损伤的研究已进入混凝土结构，但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。 4 3 重视桥梁的超载问题 汽车超载主要有三种情况 :一是早期修建的老桥超龄运营 ;二是桥梁通行的车流

9、量超过原设计标准 ;三是车辆违规超载。前两种原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加 ;第三种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。 4 4 积极借鉴国外的经验和成果 国内桥梁设计存在的主要问题是结构正常使用性能差 (指与设计期望相比，可归结为适用性能差，包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等 )、耐久性和安全性

10、差 (包括使用寿命、维护费用高、安全事故较频繁等 )。这些问题的产生虽然与目前国内施工质量和管理水平较低有关，但既然这种现状不能在短期内得到解决，那么作为工程设计人员就应该在正视这一问题的前提下，充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平，采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁使用性能的合格，这才 是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题中很多与结构体系或使用材料选择不合理及结构细节处理不当有关。 5 结束语 耐久性设计理念随着时代经济的高速发展而发展，各种大型工程建设规模越来越大，结构复杂，功能众多，这些工程投资巨大，技术复杂，环境影响严重，遭到破坏的几率较大 (风

11、、浪、地震等 )，维修、养护、加固难度大。因而，过去只限于从设计、施工质量的层面上去寻求结构的安全性是不够的，基于结构耐久性设计的新理念，桥梁耐久性的保证是需要桥梁设计、施工、运营和维护各个阶段的共同努力来 实现。桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题，要积极借鉴国外的成功经验和做法，除了加强施工质量管理外，还要从桥梁设计理念和结构体系、构造的角度做好耐久性的设计。同时，还需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。 参考文献 1公路桥涵施工技术规范（ JTJ041 2000） 2公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004） 3公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004） 4公路圬工桥涵设计规范（ JTG D61-2005） 5万敏我国桥梁设计的现状和发展 J桥梁建设， 2001(6)