桥梁设计中存在的安全耐久性问题及对策研究.doc

1、1桥梁设计中存在的安全耐久性问题及对策研究摘要：桥梁安全性和耐久性已成为迫切需要解决的问题, 我们应该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, 同时也需要研究疲劳和超载等因素对于桥梁结构耐久性的影响。本文分析了桥梁安全性、耐久性不足的危害，指出了桥梁设计中存在的安全耐久性问题成因，探讨了提高安全性、耐久性的措施。 关键词：桥梁设计安全耐久性危害问题措施 中图分类号：U445 文献标识码： A 文章编号： 近些年来，国内发生不少桥梁倒塌的严重事故，造成很多不该有的人间悲剧。但调查分析结果表明，很多事故是因为设计不规范或施工

2、不注意质量控制造成的。施工中的偷工减料、工程腐败，设计中的态度不严谨，计算错误等等都是造成桥梁英年旱逝或出现安全隐患的重要因素。目前，桥梁设计的耐久性设计，常常只是作为一个参考价值，而不是具体计算出其应有的安全使用年限，更不会对桥梁的耐久性进行一系列的实验研究探讨。这种现象在一定程度上导致了桥梁事故发生频繁、结构使用性能差、耐久性差的严重后果，也背离了国际上对桥梁的结构的耐久性、安全性、适用性日益重视的发展趋势。 一、桥梁安全性、耐久性不足的危害 1、桥梁安全性、耐久性不足的危害 2随着时代经济的高速发展, 人类所建造的各种大型工程结构物, 规模巨大, 结构复杂, 功能众多。国际上称之为“超级

3、工程( Superin frastrueture) ”。这些工程的特点是: 投资巨大, 技术复杂, 环境影响严重, 袭击破坏机率增大(风、浪、地震、海啸、船撞、破坏等等)和维修、养护、加固难度大, 一旦出现安全耐久性问题, 影响是非常大的。 1、巨额的经济损失 从国外的桥梁建设经验中发现, 如果在桥梁的设计和建造时期没有很好地考虑梁的安全与耐久性, 将会在桥梁的运营和维护中付出惨重的经济代价。1986 年, 英国仅英格兰中环线的 11 座高架桥,使用 12 年就严重破坏, 维修费用已高达 12 亿英镑,为当年造价的 6 倍。又如北京西直门环形立交桥,为缓解日益严重的交通阻塞, 在上世纪末拆除重

4、建。在拆除过程中, 发现结构大量的冻融病害, 橡胶支座老化结硬, 致使支座承台破裂, 估计桥上的橡胶支座的使用寿命未满 10 年。假定该桥的原设计寿命期为 50 年, 那么其间的支座就需要更换 4 5 次。 2、严重的工程事故 国际上统计, 桥梁工程事故的 80% 以上是由人为错误造成的 , 这些人为错误主要反映在结构的安全、质量和管理的每个环节上。如果对发生病变的桥梁不及时加固维修或拆除, 将造成严重的工程或交通事故, 甚至有的在使用中因意外原因导致垮塌。例如 2007 年 6 月 15 日, 广州九江大桥被一艘运沙船撞击导致垮塌。九江大桥是 325 国道上的一座特大型桥梁, 位于广东省佛山

5、市南海区九江镇与江门鹤山市之间。桥梁全长 1675. 2m, 1988 年 6 月正式建成通车。运沙船撞击导致桥面坍塌约3200m。 被撞的九江大桥修复工程历时 2 年、耗资 1. 4 亿元进行修复, 据九江大桥修复工程项目部总经理介绍, 九江大桥修复工程难度大, 技术复杂, 不可预见性因素多, “比修一座新桥还难”, 为此专责小组多次邀请了来自科研、设计、施工、咨询和建设管理领域不同行业的国内外专家, 对受损桥体的解体拆除、重建修复、沉船打捞等方案进行多方案比选, 深入分析研究, 不断优化方案, 反复论证。 3、恶劣的环境社会影响 我们发现在不断立项新建、改建桥梁的同时, 由于各种原因也在不

6、断地加固维修甚至拆除不到使用年限的桥。如观澜河大桥, 它是梅观高速公路上的一座预应力连续梁桥, 跨径组成为 3 联 4 x 40m, 桥梁全长495. 43 m, 该桥因为承载能力降低 , 不能满足使用要求, 经专家多次论证后, 需进行拆除。还有如杭申线七星大桥、三门峡黄河公路大桥等。而且为加速路桥等公共工程建设, 国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如 30 年的经营收人作为补偿。如果没有实施提高桥梁耐久性措施, 对于设计工作寿命为 100 年的桥梁, 很可能 30 年到期后国家接收的已是一个破旧待拆的工程。 二、桥梁设计中存在的安全耐久性问题成因 1、设计理论落后, 结构构造体系片面 (

7、1)路桥工程是系统工程,由众多结构件进行组合而成,各结构件安全性和耐久性之间相互制约,设计时,只考虑局部部件的安全性和耐久性,导致结构的整体性出现了安全性和耐久性的缺失。 4(2)结构部件的逐步更新,新材料、新技术的应用,设计人员将目光还停在原有的设计理论和旧材料的安全性上,设计理论和设计思维的落后造成结构的不安全。 (3)设计人员思维过于传统、静态,没有用发展的思维进行设计,缺乏结构整体性延性的思考,考虑情况没有可持续性,设计出来的桥梁安全性能只能满足现状或设计规范的强度要求,不能满足未来一段时间变化带来的耐久性变化。 (4)设计中没有能够对桥梁在不同的环境和使用条件下的结构体系进行细致的分

8、析和思考,设计对象和构造布局呈现出单一化,工作中的重心停留在设计建成时期结构的工作和服务能力,缺乏对桥梁实际使用过程中的性能表现的思考,更谈不上提前预设劣化环境对桥梁性能的影响。 (5)设计的过程中过多、过重的从建造成本上考虑,设计时考虑缺乏深远性,导致桥梁出现质量安全隐患。 2、施工质量低下 (1)施工中材料关没有把好是质量低下的一个主要原因,再好的设计,劣质的材料必然无法保证桥梁的质量,在具体施工中以次充好、偷工减料的现象还很普遍。 (2)层层转包、野蛮施工是造成施工质量低下的又一个主要原因,由于种种原因现在工程层层转包的现象非常普遍,如此一来导致施工管理和责任落实难以到位,同时大量的技术

9、水平低下的农民工从事着具体工程的实施工作,导致施工的规范性严重偏离,桥梁达不到设计的要求。 (3)现场监理工作不到位,施工中管理还存在腐败现象,由于对施工中5的质量问题没有能够及时的发现和作出相应的措施,留下质量隐患,这样的桥梁随着时间的推移问题会很快地暴露出来。 三、提高安全性、耐久性的措施 1、把好桥梁用混凝土的质量关 大多数桥梁都是混凝土结构,因此要保证结构的耐久性,首先要解决的是混凝 土结构的耐久性问题。而这个问题主要决定于混凝土的材料组成,例如水泥用量、水灰比和强度等级等等都是直接影响耐久性的重要因素。相关规定对不同的使用环境下,影响混凝土耐久性的因素都做出了明确的限制规定,设计时这

10、些规定是必须要遵守的准则。 2、重视混凝土结构裂缝的防治设计 钢筋混凝土结构是由两种不同性质的材料“钢筋和混凝土”构成的复合型结构,该结构有着很好的耐久性,因此在国内外建筑工程实施中被广泛地应用。不过,我们也应该看到其结构功能会随着时间的推移而逐渐地减退,最终甚至会被破坏,使用寿命是一个不可逆的过程,不过不同的处理方式对应的其耐久性即使用寿命也是不一样的。大量理论研究和工程实践表明,混凝土结构遭受破坏最大多数首先都表现为裂缝的形态,可以这样用“晴雨表”来形象地描述裂缝对混凝土结构病害的反映情况,同时,由于混凝土有了裂缝,这势必会使得混凝土的渗透性迅速地增加,使侵蚀破坏作用愈来愈大,而且研究表明,混凝土开裂后,侵蚀速度将大大加快,混凝土耐久性自然不断地下降进入恶性循环。所以在设计上防止和控制混凝土的裂缝,有利于提高混凝土结构的耐久性。具体在控制中,结合6相关规定和标准的要求,以加强水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用为设计的重点,现行的桥规提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的规定,其指标都比老桥规有所提高,如此一来能够有效地防止和控制收缩裂缝。