1、1路桥设计中的安全性及耐久性论述摘 要: 公路桥梁安全性和耐久性不足已随着国内交通基础设施建设快速发展已经成为迫切需要解决的问题，为此我们不仅要积极借鉴国外成功的做法和经验,还必须根据国情认真的总结找出的一套设计方法和管理经验,除加强施工管理外，还要从桥梁设计理念和构造的角度及做结构体系好耐久性的设计。 关键词:公路;桥梁;结构;耐久性;安全性 中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号： 引言：随着我国经济的快速发展,桥梁工程建设近些年来掀起了新热潮，但是在大量新建桥梁的同时,也存在着许多耐久性不良、安全性不够的桥梁，甚至有的在使用中出现坍塌造成严重交通事故，造成这些问题的原因很多,其中
2、设计原因占旬民大原因。 1、 桥梁安全性、耐久性差的主要原因 1、1、1 在承认施工存在问题的同时,也不可否认,在桥梁设计领域,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如：设计理论和结构构造体系不够完善。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以保证结构的安全性。 桥梁工程是一个由许多结构件组成的一个系统结构,各结构件不仅本2身要有足够强度和耐久性,而且组合到整个桥梁中也要满足全桥安全性和耐久性,目前有些设计人员用静态思维去解决不断进步发展的技术问题,桥梁在不同的环境和使用条件下和不同的设计对象都会对
3、结构体系得出不同的布局和构造要求,规范再详细也不能代替应由设计人员解决的各种问题,并且一些设计人员设计时考虑片面,结构的整体性、安全和耐久性考虑不够,造成有的结构整体性延性不足,冗余度过小,有的计算图式和受力路线不明确,造成局部受力过大,强度要求过低,保护层厚度过小及构件截面过薄和过大。这些都削弱了结构耐久性,会严重影响结构的安全性。 规范更新再快也适应不了新技术、新材料、新工艺快速发展对结构设计提出的各种新要求,目前的设计可视为静态设计,过于偏重设计建成时期结构的工作和服务能力而对使用期实际的性能表现随时间的劣化缺乏足够的认识和考虑，不少桥梁虽然满足了设计规范的强度要求,但仅用了 5 年10
4、 年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题,设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。 从经济性上讲,考虑建造成本多,而忽观了营运的维护成本和与使用寿命相对应的成本效益,因此,合理可靠的结构设计除了满足规范要求外,还要求设计人员具有对结构本性的正确认识。丰富的经验和准确的判断。从而在设计时对桥梁整体结构全寿命使用过程进行全面综合分析和计算,提高结构的使用耐久性。 1、1、2 施工和管理水平低 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导致国3内外多座桥梁出现安全性和耐久性差的现象。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌,多是由于施工质量没有达到
5、规范和设计要求,典型的问题包括施工工艺不合格和材料强度不足等;也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题,更是对桥梁安全造成致命的损害。 2 、需要改进和努力的方向 2、1、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 20 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
6、增大了经济损失。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(也即设计上)的缺陷。需要指出的是,长期以来,人们一直偏重于结构计算方法研究,而忽视对总体构造和细节处理方面的关注,对如何从结构和设计角度及如何以设计和施工人员易接受操作方式来改善桥梁耐久性却很少研究。结构耐久性设计与常规的结构设计有着本质区别,目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析方向发展。 2、1、2 充分重视桥梁的超载问题 汽车超载主要有三种情况: (1)早期修建的老桥超龄负载运营; (2)4桥梁通
7、行的车流量超过原设计; (3)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。 2、1、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,实
8、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,但其带来的后果是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言,事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效,例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。 综合上述,公路桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题,不仅要积极借鉴国外成功的经验和做法,还必须认真的总结找出更适合国情的一套设计方法和管理经验,除加强施工管理外,还要从公路桥梁设计以及结构体系和构造的角度等做好耐久性和
9、安全性的设计。 3 结论及正确做法 5由上述可见,经常采取的按全楼满布可变荷载,梁端弯矩不考虑荷载最不利分布的放大,而只考虑向下调幅的做法,相当真正调幅值最大达 50%左右,即调幅过大,因为可能过早出现塑性铰,许多不能满足受力要求,会导致梁端上部钢筋超强度工作,安全储备过少而不安全,有的甚至十分危险,因为可能过早出现塑性铰变形及裂缝过大也影响正常使用。正确的做法是,永久荷载作用下梁端弯矩仍可下调 10% 30% (梁跨中弯矩相应调增10% 30% );但可变荷载作用下的梁端弯矩应先上调 10% 30%(可变荷载沿全楼满布时,考虑存在最不利分布的放大系数)后再向下调幅 10% 30%,也即最终可
10、以按不上调也不下调的处理办法(跨中弯矩原只调整 10% 30%,可不再另调增 10% 20% ),这实际上相当于梁端已下调了 10% 30% (永远荷载及可变荷载作用下的弯矩调幅最大一般宜不超过 30% )。此时: M= (113585018 +1143514)110 =14114kN#mM= 112 (85018+0153514) +11349180175=12517kN#m 取设计值M=14114KN#m!s=M/A1fcbh02=14414106/11011193006562=01124,N=1-(1-2As)1/2=01133013% (215% )以上正常调幅与不调幅(上述 112
11、中所述)比较:设调幅后钢筋拉应力为 R,则 R= 3001122/1005 =34419MPa,则超过屈服点 34419-335=919MPa (后续储备 510-34419 =16511MPa), 919/335 =2196% 5%,实际上,由于梁端出现了塑性铰,会导致梁端与跨中内力重分布,即梁端弯矩不增加,跨中弯矩增大,简支梁工作状态的梁抵抗了梁端弯矩的继续增加,使梁端变形一般不会增大到塑性变形极限,钢筋中的应力也就不会超过屈服点,结构是安全可靠的。 64 结语： 综上所述,调幅时应与其它因素综合考虑,其原则是调幅后梁端负弯矩绝对值(最后组合值)应与跨中正弯矩相等或接近。这样才能保证当梁两
12、端出现塑性铰时(钢筋达屈服点而导致内力虽然不增加但变形却继续增加),梁中内力(弯矩)进行重分布:梁两端塑性铰所抵抗的弯矩维持不变)但发生一定转动,梁由两端弹性固定状态进入铰接的简支梁工作状态。即虽然跨中弯矩随着梁端塑性铰的出现而变大,但仍然小于所求最不利组合值;整个框架仍保持几何不变而保证安全;梁端裂缝足够小,框架侧移在允许范围内保证正常使用。 (注:计算机计算程序中,一般是按可变荷载分别满布于各楼层;求得内力再进行不利组合的方法,这样虽然不是荷载最不利分布,但考虑了较不利分布。这是与手算的不同之处,但在进行调幅时仍不宜下调过大。 参考文献： 1 GB50009-2001 建筑结构荷载规范; 2 GB50011)2001 建筑抗震设计规范 3 GB50010)2002 混凝土结构设计规范
