橋梁工程設計中的安全性和耐久性分析

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摘要：主要對橋梁工程設計中的安全性和耐久性進行了分析研究，首先介紹了橋梁安全性和耐久性的技術評估，然后對橋梁工程安全性的各項影響因素進行了分析，并且對耐久性設計具體實施方法進行了詳細闡述。根據研究，在橋梁設計過程中，應該適當增加混凝土保護層厚度，加強抗震設計和防水層設計，減少橋梁共振效應以及橋梁使用中的疲勞損傷，這樣才能提高橋梁工程的安全性和耐久性。

關鍵詞：橋梁工程；安全性；耐久性

0引言

社會經濟的迅速發(fā)展，使橋梁建設數量也在不斷增加，在促進區(qū)域經濟發(fā)展方面發(fā)揮著十分重要的作用。在橋梁設計中，加強安全性設計和耐久性有利于提高橋梁建設質量，保障橋梁使用的安全性[1]。

1橋梁安全性和耐久性的技術評估

現(xiàn)階段，很多橋梁工程的安全性和耐久性都無法滿足技術評估指標。對于橋梁工程的安全性和耐久性評估，并不一定需要在橋梁發(fā)生損壞時才可以得出準確的評估結果。我國在橋梁安全性和耐久性檢測標準中，已經明確了完善的檢測標準，據此可以對橋梁進行有效的評估，然后在橋梁中進行警示標識。

2影響橋梁工程安全性的要素

2.1預應力損失

橋梁結構的安全性和牢固性對于橋梁預應力損失會產生較大影響。橋梁混凝土結構和鋼筋穩(wěn)定性、管道壁的摩擦力都會導致橋梁預應力損失，因此，在橋梁設計中，必須結合實際情況進行準確計算，不僅要明確預應力鋼筋的分批次張拉順序，而且還應該綜合考慮不同橋梁施工階段的溫度情況，這樣才能保證橋梁設計規(guī)劃和設計圖紙的可行性，盡量避免出現(xiàn)預應力鋼筋變化問題。

2.2截面抗裂性

橋梁設計的安全性與橋梁各個結構的抗裂性能有很大的關聯(lián)，在對橋梁的抗裂性能進行衡量時，應該綜合考慮不同橋梁結構的特征。比如，在預應力混凝土受彎結構設計中，需要考慮全預應力和部分預應力，全預應力結構在短期效應下不會產生正截面拉應力，而部分預應力在規(guī)定限期內會產生拉應力。在橋梁設計中，全預應力結構最為重要，尤其是在一些建設規(guī)模大、承載力較大的橋梁設計中，更應該綜合考慮全預應力結構設計，這樣才能有效提高橋梁結構的牢固性和穩(wěn)定性，延長橋梁使用壽命[2]。

2.3材料質量

在橋梁施工中，施工材料能夠在很大程度上影響橋梁建設質量，而隨著橋梁性能的退化，橋梁結構也會逐漸變形，從而影響橋梁結構的耐久性。因此，在橋梁工程設計中，為了提高橋梁全壽命耐久性，應該充分考慮材料物理特性和化學特征的變化情況。橋梁材料物理變化主要體現(xiàn)在混凝土結構裂縫、鋼筋構件腐蝕等方面。對于橋梁材料選擇，首先需要考慮材料的耐久性，對混凝土結構的碳化、氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕程度進行分析，其中，混凝土材料的耐久性要求如表1所示。其次，還需要對橋梁鋼結構以及其他構件的耐久性進行設計，通過模擬實驗，計算構件的承載能力，并預估材料的使用周期。

3耐久性設計具體實施方法

3.1適當增加混凝土保護層厚度

橋梁工程的主題結構是由混凝土和預應力鋼筋構成的，通常情況下，可以在混凝土結構和預應力之間設置保護層，以此提高混凝土結構和預應力鋼筋的黏結力，避免二者之間產生不良影響。通過調查研究發(fā)現(xiàn)，在橋梁工程中，保護層厚度會對鋼筋的碳化作用產生較大影響，因此，可以通過適當增加保護層厚度盡量減少對鋼筋的腐蝕作用，提高橋梁結構的安全性。

3.2加強抗震設計

在地震災害發(fā)生時，橋梁結構不可避免地會受到損害，為了盡量減輕橋梁結構受到的損害，在橋段設計以及支座設計方面，可以采用延性設計。在橋梁設計中，抗震設計屬于被動防御設計方法，目前，為了提高橋梁結構的安全性和穩(wěn)定性，應該采用主動防御設計方法，首先對橋梁的結構性質和力學性質進行分析，然后結合實際情況對橋梁結構進行科學合理的設計。在橋梁抗震設計方面，首先需要計算橋梁地震荷載，然后結合反應譜理論對橋墩進行合理設計，如果橋梁結構形式復雜，而且橋墩高度在30m以上，則可以結合時程反應分析法進行橋梁抗震設計。

3.3加強防水層設計

在橋梁工程設計中，防水層設計是十分重要的組成部分，防水層是整個橋梁的保護層，防水層設計好壞能夠直接影響橋梁的防水效果，與橋梁結構的穩(wěn)定性和耐久性有很大的關聯(lián)。橋梁常年暴露在環(huán)境中，不可避免地會受到環(huán)境中各種因素的影響，比如污水、酸雨、工業(yè)化學廢棄物等，而這些因素都會對橋梁混凝土結構造成一定的腐蝕作用，而防水層能夠對橋梁混凝土結構起到很好的保護作用，因此在橋梁工程設計中，防水層設計至關重要。在具體的設計過程中應該盡量提高防水層的抗?jié)B性能，確保其能夠有效抵抗拉力作用，并且防水層材料必須能夠與橋面混凝土緊密結合，這樣才能將橋面與橋體有效結合。除此以外，還需要加強排水結構設計，有效排出橋面積水，提高橋梁耐久性[3]。

3.4減少橋梁共振效應

在自然界中，共振效應較為常見，在外力的作用下，某種物質的振動與原物體的自然振動一致時，可能會對橋梁結構造成毀滅性的影響。為了盡量避免橋梁受到共振效應的影響，應該在橋梁中設置減震器，起到干擾共振波的作用。通過減震器能夠有效避免振動波的加強。如果橋梁道路是實心公路，則一旦產生共振波，很可能影響到整個橋梁，而如果橋梁是由不同的道路或者截面所組成的，則一個截面的運動也會傳遞到另一個截面上。但是由于不同截面是疊放而成的，因此在不同截面之間會產生一定的摩擦，對此，可以通過增加摩擦力改變共振波頻率，避免振動波不斷累積。

3.5減少橋梁使用中的疲勞損傷

在橋梁工程的長期使用過程中，由于受到車輛動荷載的影響，橋梁結構內部會產生循環(huán)變化應力，而這一應力不僅會導致橋梁產生振動作用，而且還會導致橋梁受到疲勞損傷。另外，在橋梁建設過程中，施工材料并不是完全均勻的，導致橋梁結構可能會有很多細小的缺陷，在車輛、行人所產生的動荷載作用下，這些缺陷會不斷放大，最終導致橋梁結構產生裂縫，如果裂縫問題嚴重，甚至會導致橋梁結構斷裂。橋梁工程疲勞損傷會出現(xiàn)在橋梁的各個結構方面，如果疲勞損失十分嚴重，則甚至會導致整個橋梁結構失效。由此可見，在橋梁工程設計中，采取有效措施盡量減少橋梁疲勞損失是提高橋梁安全性和穩(wěn)定性的關鍵。

4結語

橋梁工程對于促進區(qū)域經濟發(fā)展至關重要，相關部門必須高度重視橋梁工程的安全性設計和耐久性設計問題。對此，不僅需要在橋梁工程設計環(huán)節(jié)高度重視，而且在橋梁建設過程中也應該結合橋梁的持久性使用和安全性使用要求，加強施工質量控制，這樣才能有效延長橋梁使用壽命。

參考文獻：

[1]孟寶全.淺談橋梁工程設計中的安全性和耐久性問題[J].建材發(fā)展導向（上），2016（1）：186-187.

[2]吳錦華，朱青蘭.關于橋梁工程設計中的安全性和耐久性的研究[J].建筑知識（學術刊），2014（9）：398.

[3]周鍵煒.淺析橋梁設計中存在的安全耐久性問題及對策[J].建材發(fā)展導向（上），2015（6）：222-223.

作者：羅群星 單位：貴州省凱里公路管理局