1、1桥梁工程设计中的安全性探析【摘要】近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步，与此同时，我国在桥梁工程建设方面也在快速的发展着。在桥梁工程的建设中，工程设计是一个十分重要的方面。在工程设计中，一定要做好工程的安全性分析，确保桥梁工程的安全。笔者结合自己的研究，对于桥梁工程设计的安全性进行分析。 【关键字】桥梁工程，设计，安全性，分析研究 中图分类号： U445 文献标识码： A 文章编号： 一前言 桥梁工程的设计对于桥梁工程具有十分重要的作用，加强桥梁工程设计的安全性分析，不仅可以保证桥梁工程的安全性，同时也可以很好的改善交通条件和桥梁施工的安全性。
2、所以，我们应该努力加强桥梁设计的安全性分析。 二我国桥梁工程设计现状 桥梁具体的设计过程按承载能力和正常使用两种极限状态来进行。前者是控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力、设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值，必须小于或等于结构抗力的设计值。利用荷载安全系数、材料安全系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下的结构总体的安全储备，是一个半概率的极限状态设计法。可2以认为是对安全性要求的保证。后者控制结构在正常使用状态时应力、裂缝和变形小于一定的限值，对应于适用性的要求。 现在，国内的结构设计过程中，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
3、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(从材料、结构措施及设计程序上上保证耐久陆，并明确声明在何种维护和使用条件下，桥梁具有哪种程度的耐久性)。这些倾向在一定程度上导致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(考虑结构建设、使用、维护等整个周期的费用)的要求。 三桥梁设计安全内容的构成要素 1桥梁结构的安全性设计 桥梁结构的安全性，其
4、主要表现在：桥梁结构的整体坚固性 ，以及桥梁构建的承载能力两个大方面。首先桥梁结构的整体坚固性，指的是桥梁结构不能够产生与桥梁自身原因不一致的损坏现象，即在桥梁的结构产生了局部的损坏时，能够避免更大损坏后果产生的能力。如果一个桥梁的结构安全性能较高，能够通过桥 梁结构所具备的 良好的延展性以及必要的冗余度，能够在爆炸、地质灾害以及人为造成的危害方面，发挥出较大的自我规避作用，从而减少灾害造成的损失。 3其次，桥梁结构构件的承载性能，指的是桥梁自身的结构所具备的能够承受自然力 (风、雨 )、地质灾害、车辆超载等各种不同的外来作用的性能。负荷性超载作为对桥梁结构构件承载能力的威胁性最大的因素，主要
5、表现在：时间方面的超载或者超负荷，能够使桥梁的应力幅度增加，对桥梁产生的损伤加大，甚至会造成桥梁结构的毁灭性破坏。因为车辆的超载等造成的桥梁 内部的各种损伤是没有办法恢复的，这会造成桥梁正常荷载情况下，桥梁结构工作的状态发生一定程度的变化，长期运行将在更大程度上影响桥梁的安全性能。 2.桥梁结构的安全与耐久性设计 在进行桥梁结构的设计和施工的过程中，设计与施工者可能会重点关注不同荷载条件下桥梁结构强度的变化要求，而对环境因素条件下的桥梁安全性与耐久性系统要求则考虑的比较少，这样的设计与施工思想将会影响桥梁设计的安全性。由于桥梁在修筑与使用的时候，桥梁的结构会受到来 自自然环境、负荷超载、人为因
6、素等各种作用的影响，加上修筑桥梁所用建筑材料自身性能的老化与退化，这几种因素的综合作用，最终会导致桥梁结构受到不同程度的损毁与劣化，从而在一定程度上产生了安全隐患。 四造成桥梁工程设计中安全问题的原因 1.桥梁设计理论与构造体系不够健全 在进行桥梁结构设计的时候，设计工作的第一个任务就是进行经济合理结构方案的选择，其次是对桥梁结构进行分析的同时，对桥梁的构建以及相互之间的连接进行设计，并通过按照规范规定的桥梁设计的安4全系数，以及桥梁设计的可靠性指标为标准，保证桥梁结构的安全性能。然而在实际的设计工作中，在桥梁设计的过程中，尤其是对桥梁施工过程中以及桥梁使用期限等问题的规范上，还存在着很多需要
7、改进与提高的细节，例如:桥梁设计人员大多只是满足于设计规范对桥梁结构强度计算方面的桥梁的安全度需要，而忽视了桥梁结构体系、桥梁的修筑材料、桥梁的后期维护、桥梁的构造等方面;在进行桥梁结构设计的时候，在进行桥梁设计以及桥梁施工的过程中，经常会产生一些人为的错误，例如:对桥梁结构的系统性与延伸性认识不足;对桥梁设计相关的计算图示以及各种受力路线的分析不到位，使得桥梁结构的局部受力不均匀;施工时所用混凝土强度达不到标准要求，保护层的厚度较低，桥梁结构所使用的钢筋的直径过细等等，这些都给桥梁的安全性带来了不同程度的影响。 2.桥梁施工与控制措施不到位 通过对出现安全事故的桥梁的安全性能的分析，导致这些
8、恶性事故产生的原因中，最主要的原因为设计存在不足以及管理不到位等，桥梁修筑施工与管理的水平不符合桥梁建设规范，以及桥梁设计的要求，从而导致桥梁安全事故的产生。桥梁施工时，存在的安全性问题主要有:施工所需材料的标准不符合要求、桥梁施工工艺不达标，施工管理不严格，偷工减料现象等，这些施工与管理问题的存在，导致桥梁安全性受到了严重的影响。 3.对桥梁设计上的重视程度不够 5按照我国当前桥梁设计程序的要求 ，在桥梁设计中只要注意桥梁的经济性 、适用性以及美观性即可，对于桥梁设计中结构的耐久性却没有详细的规定，因此桥梁设计者对此并不重视。对于设计者而言，在桥梁各个结构的设计过程中最多关注的是桥梁的承载能
9、力，对于需要时间验证的桥梁耐久性却很少考虑或者根本不考虑。 一般而言，在桥梁的整个使用寿命周期中，最为被人们关注的是其结构承载能力，实践证明，在对桥梁结构进行设计时，设计者对新建成的桥梁承载强度重视程度要远远超过桥梁结构的耐久性。由于一座桥梁的建设会受到各方需求的限制，在桥梁施工前的设计中要充分考虑各方面的需要，因此桥梁设计时对各个结构的造型和功能比较重视，而对于桥梁建成后能够正常使用多长时间却很少考虑。正是在这样的设计思想引导下进行桥梁结构的设计，才间接导致目前多处桥梁出现坍塌事故。 4.设计理论不够完善 国内的结构设计过程中，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，
10、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。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。 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。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6耐久性以及从设计、施工到使用全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。 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。不同
11、的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题、规范更新得再陕也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。 五提高桥梁工程安全性的策略 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、超载等自然及人为因素的作用。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。大量的病害实例也证明，除了施工和材料等方面的因素影响结构耐久性外，决定性因素是来自构造上(也即设计上)的缺陷。 2.重视对疲劳损
12、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.实际上存在许多微小的缺陷在循环荷载作用下.这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤.并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，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。 7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。 3.选择合适的设计方案 通过选择合适的设计方案，
13、能够在很大程度上增强桥梁的耐用性以及安全性。桥梁结构设计方案主要有两种 ：标准跨径桥梁以及大跨度桥梁。标准跨径桥梁的施工方法比较简单，并且成本较低，应用较广；大跨度桥梁可以突出桥梁的特点及个性，但是它的设计比较复杂，影响因素较多，所以在实际的施工过程中，很少采用这种设计方案。 4.提高科学使用材料的力度 在进行桥梁设计的时候，钢筋混凝土的质量，以及这些建筑材料的合理使用，对桥梁的安全性起着特别重要的作用。因为钢筋混凝土的标准与质量会直接影响着桥梁结构的安全性。混凝土的耐久性能主要是由其材料的构成决定 (材料的组成主要考察的是水灰的比例、水泥的使用量、水泥的强度等级等等 )。桥规中明确规定了，不
14、同的使用条件中混凝土的不同要求，桥梁建设过程中混凝土的最大水灰比例、水泥使用量、混凝土的强度等级等。在进行桥梁工程设计的时候，需要认真遵守这些条例。提高混凝土结构耐久性最主要的是做到：提高混凝土保护层的厚度，以更好地保护钢筋免受到锈蚀等。其次要对混凝土的裂缝进行及时修补。在进行设计的时候，除了要根据规范中的要求，对裂缝进行科学地控制之外，最主要的是使用构造手段，从根源上管理与控制混凝土施工过程中产生的裂缝。 85.桥梁结构设计需要增强桥梁的耐久性 桥梁在使用过程中，由于地震、风吹日晒等自然因素以及车辆超载、有害化学物质的侵入等人为因素的影响，再加上桥梁自身使用的材料也会发生相应的退化，容易使桥
15、梁的结构发生一定的损坏。尤其是大跨径桥梁，现在我国有大量的大跨径桥梁由于拉索在耐久性方面出现了一定的问题，从而导致拉索提前进行更换，这样不仅在财力上造成了一定的浪费，此外，也影响了桥梁的正常使用。出现以上现象的主要原因在于：设计桥梁结构时，设计人员没有考虑到增强桥梁耐久性的相应措施 ，没有对桥梁的耐久性引起充分的重视。为了避免以上现象发生，需要提高桥梁结构耐久性的重视程度，这样才能延长桥梁的使用时间。 六结束语 综上所述，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。同时需要研究疲
16、劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。 参考文献： 1唐继舜; 强士中; 郑凯锋 桥梁工程设计数据库管理系统的研究桥梁建设 1996-06-27 期刊 2章日凯 公路桥梁设计中的安全性和耐久性分析交通世界(建养.机械)2012-01-08 期刊 3李红学; 郭红领 ; 高岩; 刘文平; 韦笑美 基于 BIM 的桥梁工程设计与施工优化研究工程管理学报 2012-12-15 期刊 94苏伟 京津城际轨道交通桥梁工程设计苏伟铁道标准设计 2007-02-20 期刊 5颜宏 公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析中小企业管理与科技(上旬刊)2011-05-05 期刊 6李红学 1; 郭红领 2; 高 岩 1; 刘文平 2; 韦笑美 1 基于 BIM 的桥梁工程设计与施工优化研究 优先出版工程管理学报 2013-01-04 09:57期刊
