浅析桥梁设计中的安全性和耐久性.doc

最新【精品】范文 参考文献 专业论文浅析桥梁设计中的安全性和耐久性浅析桥梁设计中的安全性和耐久性 摘要：我国桥梁正在扩大规摸施工建设，许多情况却面临着严重的桥梁混凝土结构耐久性和安全性问题，从而引发倒塌事故。这些不仅与施工不当和管理不当有关，也存在着设计中不关心桥梁安全性和耐久性的某些问题。 关键词：路桥设计；安全性和耐久性；问题 中图分类号：U445文献标识码：A文章编号： 引言： 国内现行规范对桥梁设计提出的要求是适用、经济、安全、美观。但是设计中考虑的强度多而耐久性少，重视强度极限状态不重视使用极限状态，而机构的整个使用周期中最重要的却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，既没明确提出适用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计。 1.国内桥梁设计存在的主要问题 按照国内现行规范，对桥梁设计的要求是适用、经济、安全、美观，这些要求基本上包含了人们关心的所有重要问题。 在规范中，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。设计基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值。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。这从定性和定量的形式上保证了安全性和适用性两项要求，但却没有经济、美观的具体的指标要求。当前国内的结构设计过程中，更多的设计是考虑强度多而考虑耐久性较少；重视强度极限状态而不重视使用及状态，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。因此在国内当前桥梁设计于耐久性只是作为一种概念受到关注，却没有相应明确的使用年限的要求或者专门的耐久性设计。这些设计倾向在某种程度上造成了当前工程事故频发，结构使用性能差、使用寿命短等不良后果；相反国际结构工程界却呈现日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势；同时也不符合结构状态和综合经济性（考虑结构建设、使用、维护等整个周期的费用）的要求。因此桥梁设计的安全性和耐久性设计也逐渐提上日程。 2.桥梁安全性、耐久性差的主要原因 2.1施工和管理水平低 国内外若干座桥梁的突然破坏与倒塌事故，已使工程界对桥梁耐久性、安全性问题倍加关注，施工过程中施工和管理水平欠规范(如野蛮施工和管理不当等)是造成桥梁结构耐久性不足的重要原因，其主要表现在以下几个方面: 施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括原材料质量低劣和施土工艺不合格等；个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题；混凝土保护层厚度的控制不严，有些直接导致露筋；钢筋未作防锈处理，其间距疏密不一，粗、细骨料分布不均匀，混凝土振捣不密实；施工现场严重的构件开裂问题，主要原因包括:水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等;拆摸时间控制不好或支模、拆模方法不当，也会引起早期裂缝。 2.2设计理论和结构构造体系不够完善 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。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。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。 3.提高桥梁设计中的安全性和耐久性的措施 3.1成分重视桥梁结构耐久性和安全性问题 桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境的影响及受到有害化学物质的侵蚀，也会承受车辆、风、地震、疲劳等人为因素外来作用。另外，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。 3.2树立正确的桥梁工程设计理念 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“超级工程”。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。因而，过去只限于设计、施工质量的单一层面上去寻求结构的安全性就不够了。从上世纪七十年代后，国内外专家在分析研究认真总结经验教训的基础上，除强调结构设计和建造时期的安全性、耐久性、整体牢固性的要求外，逐步讨论了结构在使用期间的检测、维修、加固的新技术，对不同工程结构物的灾害和可接受的危险水平和评估进行了深入研究，提出了耐久性设计的概念。结构耐久性设计所要解决的问题也就是经济、合理的使用年限问题，即结构寿命期问题。为解决这一问题，在设计和建造阶段就要挑战传统设计理念：对设计工程师要求对结构设计时应使结构具有六大特性，即可检性，可修性，可换性，可强性，可控性及可持续性。工程师必须清醒承认整体结构的寿命和各部件的寿命是不等的，如橡胶支座寿命不超过20年，拉索的寿命仅1040年，拉索的护套寿命不超过20年，钢结构的油漆保护最优为20年等等。只有对这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件必需要在构造上保证可查、可修、可换、可加强，对结构在外因变化剧变情况下，结构的变形要在构造上“可控”，才能够在运营阶段对桥梁进行维修、加固等措施，从而保证结构的耐久性。设计施工阶段的耐久性设计要兼顾桥梁的寿命期成本和结构特性要求，它是桥梁耐久性的基础。在桥梁运营、维护阶段，对桥梁定期进行检测与评估，从而对桥梁进行加固和维修，来进一步保证桥梁的耐久性。 3.3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。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，亦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。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。 3.4加强桥梁运营的全过程管理 结构的安全性和耐久性，与使用阶段的检测、维修、运营管理密切相关，对处于露天和恶劣环境下的桥梁工程来说尤其如此。因为结构在设计寿命期内各个组成部件具有不同的耐久性极限，为了保证结构的安全性和耐久性，在其使用期内实施强制性的定期安全检测，甚至加固或更换，才能保证结构在设计寿命期内的功能。这些后期的运营管理所搜集的资料，桥梁工程的设计有着重要的参考价值与借鉴意义。 4.结束语 综合上述，桥梁安全性和耐久性是一项系统工程，作为桥梁结构设计人员，应综合考虑才使得设计真正的合理、经济、安全、耐久，这些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,从公路桥梁设