公路桥梁设计的安全性和耐久性分析

郑长海

天津城建设计院有限公司   天津  300122

摘要：近年来我国城镇化建设的发展速度十分迅速，为建设公路与桥梁提供了更多的机会与挑战。随着建设规模的不断扩大，公路桥梁的安全性问题日益突出，而许多事故的发生都是由于安全性设计不足导致的，造成了巨大的经济财产损失。现有的绝大多数耐久性试验侧重于单一因素影响，在结构构造设计上存在缺陷。要想整体提高公路桥桥梁建设的质量，保证其使用的安全性，就必须加强桥梁设计。因此，本文就公路桥梁设计的安全性和耐久性展开探讨。

关键词：公路桥梁设计；桥梁安全性；桥梁耐久性

引言

公路桥梁实际使用寿命会直接影响到工程的安全性，因此，在设计阶段科学地开展安全性与耐久性设计相关工作，能够有效保证工程质量，提升设计的有效性。同时，安全性与耐久性的科学设计还可以保证整个设计方案的准确性，保证各个环节、要素均能够更好地发挥作用。

1公路桥梁安全性和耐久性影响因素

影响公路桥梁安全性和耐久性的因素有很多，包括勘察、设计、施工、使用、养护等各个环节，而且因桥梁的结构形式、使用环境等方面的不同而不同。在勘察方面，勘察成果文件不全面、不准确，影响了后期设计效果。在设计方面，随着公路交通通行压力的不断增大，原有的荷载标准已经不能满足当前汽车荷载要求，同时由于技术水平和经济效益的限制，公路桥梁在结构和构造细节设计方面要求较低。在进行方案比选时，主要由地质条件、经济指标、技术能力、施工方法等方面确定，对耐久性评价不够，缺乏全面有效的评价指标。在设计计算过程中，没有充分考虑非荷载因素的影响，如温度应力，混凝土收缩、徐变等，而且对施工方法、施工荷载、施工顺序等的影响分析不全面。在特殊部位，由于局部应力分布和传递作用可能出现应力突变，如果计算方法不当，很容易出现构造配筋不合理的问题。

2 公路桥梁安全性和耐久性的优化设计策略

2.1结构疲劳损伤设计

车辆负荷的不断作用、车辆通过、风荷载的作用等，均能引起大桥结构发生应力改变，大桥结构将发生疲劳破坏，从而产生裂纹，甚至引起结构脆性损伤。JTG D64-2015 《公路钢结构桥梁设计规范》中，对于相关的设计规范给出了明确规定，在设计中，可以从以下几个方面开展工作：（1）对于结构疲劳破坏工程，正确选用建筑材料，并选择抗腐蚀性能好的建筑材料。（2）做好混凝土疲劳控制，优化结构设计，减少构件疲劳。（3）把构件安全性和耐久性作为工程设计的主要内容，尽可能减少出现结构疲劳破坏的可能性。（4）模拟和研究建筑材料抗氧化特性，提升水泥结合比的能力，重视高速公路桥面混凝土保护措施，以最大程度发挥建筑材料的整体性能，并保证其经久耐用。

2.2公路桥梁抗震设计要点

（1）合理设置支座。在抗震设计的具体操作过程中，还需关注公路桥梁支座的类型及布置方式。根据公路桥梁所在区域的地震动加速度值，选择具有减震性能的橡胶支座。值得重视的是，在公路桥梁的设计过程中，不要局限于一种类型的固定支座，可以根据结构的不同采用活动支座，并且根据力学知识可以计算得到各支座的受力情况，从而可以使各支座在抗震过程可以充分发挥自身性能。与此同时，根据桥梁结构抗剪能力的大小对箍筋进行科学布置，计算不同箍筋的布置间距，充分考虑好细部构造，从而在满足抗震规范的前提下，最大化地提升公路桥梁结构的抗震性能。（2） 加强墩柱设计控制。在公路桥梁的建设中，墩柱结构是重要组成部分。墩柱结构一方面可以对桥梁上部结构起到支撑作用，另一方面也发挥着一定的抗震作用。对墩柱加强设计控制其核心在于对墩柱质量的控制，可以采取以下措施：第一，将墩柱自身的强度与地震时所称承受的强度进行比较，从而对墩柱进行设计优化，确保具备足够的承载力；第二，为保证墩柱质量，应重视墩柱配筋，合理选择配筋型号，保证配筋所提供的抗弯承载力足够，提高墩柱自身的稳定性，在地震中发挥其抗震作用。

2.3耐久性设计

路面大桥的持续性设计是提高工程建设寿命、避免对工程建设大范围改造的重要基础，不但能够改善城市公路交通的质量，而且还可以降低施工与养护成本，增加工程效益。但是，路面桥梁工程施工与使用过程中，容易受人为、环境等因素的影响。在风力、水文灾害、交通流量变化等多因素的联合影响下，路面与大桥部分构件均容易产生裂纹、老化等问题，影响建筑物的正常使用，甚至出现重大交通安全事故，其中主要原因如下：（1）在设计阶段，未做好对各种影响原因的整体分析。（2）未能针对建筑物的耐久性问题进行整体设计。依据CJJ 37-2012 《城市公路工程设计规范》中的要求，且遵循 GB/T 50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》等相关标准，在路面桥梁工程设计阶段，建筑设计工作者应当从工程建设的实际需求与特性入手，研究与分析施工现场地质环境、最大交通流量和周围环境等各种因素，在保证材料与工程建设需要一致的前提下，提升路面的现代化工程的安全和持久性。

2.4结构具体构造设计

传统的公路桥梁耐久性设计主要是从材料耐久性的角度出发，对于通过结构构造优化设计改善桥梁耐久性的研究相对较少，通过实践表明，良好的构造设计能够有效提高桥梁耐久性。钢材腐蚀是降低结构耐久性的主要因素，而开始锈蚀的时间与混凝土保护层厚度密切相关。不同环境作用下，不同钢筋的保护层厚度应该满足钢筋与混凝土之间黏结力传递及钢筋防锈要求，在符合相关设计规范的情况下，考虑到目前的耐久性需求和施工技术水平，可以适当增加一定值，虽然可能造成表面裂缝宽度加大的问题，但是不会对开裂处钢筋锈蚀产生明显影响。做好钢筋的布置与防护工作，可以采用焊接钢筋骨架或更大直径钢筋，有效减少钢筋数量，方便混凝土浇筑施工，避免出现钢筋移位的情况；暴露在结构构件外的金属部件需要做好防腐处理。公路桥梁结构构件的构造和形状应该尽可能避免水、汽、有害物质的聚集。可以通过细部构造处理，获得有效的防护效果。水是发生钢筋锈蚀、冻融破坏、碱-骨料反应的重要诱因，所以做好桥梁防水设计是提高桥梁耐久性的有效举措。充分考虑桥面部分的防水施工，同时加强接缝、伸缩缝等部位的防水效果，保证水流被及时收集和排出。桥梁防水系统应该与周围其他排水系统协调一致，并且要与其他构件一样易于更换 、维护 、管理。同时，合理设置桥面纵横坡，桥面的横坡一般采用 1.5%～3%。做好桥面排水设计，排水管道直径不宜小于 15cm，保证设置排水管的截面积能够满足排水需求。尽可能不把排水管道浇筑在混凝土内，在合适位置设置渗水管、排水口，桥面铺装层下设置防水层，将渗透下来的水及时汇集到排水设施中。排水系统必须能够抵抗一般化学物质侵蚀。另外，桥梁伸缩缝、支座的构造设计也非常重要，应该从可更换、可维修的角度出发，在设计使用年限内保持适用性，采取抵抗环境破坏的保护措施，并方便后续的更换、检查、维护 。

结语

工程设计方法在公路大桥安全与耐久领域有着很大作用，需要通过科学的设计工作，保障公路桥梁的安全性和耐久性，为进一步强化城市建设效果提供支持。

参考文献

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