路橋設計中的安全性和耐久性問題

黃良繼

摘 要：隨著經濟社會的進步，我國的交通運輸業得到了前所未有的發展，各種公路橋梁如雨后春筍般展現在人們眼前，為人們提供了極大的便利。然而，我國公路橋梁設計的發展歷程尚短，還存在很多不足之處，給人們的生命和財產埋下了巨大隱患。因此，在我國經濟高速發展的時期下，對公路橋梁設計中的問題進行分析探究異常重要。

關鍵詞：路橋設計；安全性；耐久性

近年來我國經濟快速發展，人們對出行的需求越來越多，帶動了我國交通事業的快速發展，與此同時城市道路供給與運輸需求的矛盾也日益尖銳，不少城市的道路橋梁已經很難滿足日益增加的運輸需求，出現超負荷疲勞運作的現象，加之部分車輛存在超載，道路橋梁病害問題時有發生。路橋病害的發生不僅縮短了其使用壽命，給國家和人民帶來巨大的經濟損失，還為交通運輸安全埋下了隱患，近年來由于路橋坍塌造成的事故也時有發生。

1 路橋設計中的安全性和耐久性問題

1.1 橋梁施工單位整體水平不高

隨著網絡和電視對橋梁事故的大量曝光，工程界對橋梁耐久性、安全性問題倍加關注，而進行直接施工建設的施工單位整體水平不高，也是造成橋梁結構耐久性不足的重要原因。

1.1.1 隨著市場經濟的快速發展，市場競爭日益激烈，有的施工單位了能夠中標，盡可能低的降低報價，導致低價中標，很難保證自身的經濟效益，于是就很難保證施工質量；更多的時候，為了獲得更多利潤，一個橋梁工程分包給多個包工頭進行控制，而各個分包的施工單位，人員素質普遍不高，施工質量參差不齊，相互之間的施工銜接不夠，施工質量難以控制，這也是造成橋梁結構耐久性不足的一大原因。

1.1.2 施工單位在施工管理上，存在施工質量沒有達到規范和設計要求，包括原材料質量低劣和施工工藝不合格等。在對原材料的進貨渠道方面沒有進行嚴格質量把關，導致一些原材料存在質量問題，更有甚者，存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題。而在施工工藝方面，一些施工單位在進行混凝土施工的時候，鋼筋未作防銹處理，其間距疏密不一，粗、細骨料分布不均勻，混凝土振搗不密實；混凝土保護層厚度不均勻，容易出現露筋問題，導致鋼筋出現生銹現象；另外在水泥標號選用方面、混凝土配合比、振搗、養護不當及預應力施加不合理，缺乏相應的后期維護，導致混凝土結構出現裂縫現象，這些問題都直接影響到橋梁安全性、耐久性。

1.2 橋梁的設計理論和結構構造體系不完善

我們在進行橋梁設計的時候，指導思想就是選擇經濟合理的結構方案，在結構分析與構件和連接的設計中，取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。這是因為在現實的橋梁設計中，更多的橋梁設計師更多的是滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中，會經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。不同的環境，不同的使用要求，不同的設計對象都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求，因此滿足規范要求是僅僅不夠的，還應該在此基礎上，真正的讓設計人員具有對結構本性的正確認識，這樣才不會出現耐久性問題。

2 橋梁結構可靠性設計探討

結構設計方法從可靠度理論來說，基本上可分為經驗安全系數設計法和概率設計法兩類。經驗安全系數設計法，是將影響結構安全的各種參數按經驗取值，一般用平均值或規范規定的標準值，并考慮這些參數可能的變異對結構安全性的影響，在荷載與強度計算中再取用安全系數x。概率設計法則是將影響結構安全的各種參數作為隨機變量，用概率論和數理統計學來分析全部參數或部分參數，或者用可靠度分析結構在使用期限內滿足基本功能要求的概率。當前的發展趨勢是，結構設計正逐步由經驗設計法向概率設計法轉變。在目前階段，按其發展進程國際上通常將基于可靠度的設計劃分為3個水準，即水準I、水準Ⅱ和水準Ⅲ。

2.1 水準I—半概率設計法

這一水準設計方法的特點是，雖然在荷載和材料強度上分別考慮了概率原則，然而，它把荷載和抗力分開考慮，而不是從結構構件的整體性出發考慮結構的可靠度，因而無法觸及結構可靠度的核心—結構的失效概率，并且各分項安全系數主要依據工程經驗確定，所以稱其為半概率設計法。目前我國大部分現行公路橋梁結構和路面結構設計規范所采用的設計理論都屬于這一水準。半概率設計法基本上分為如下3個步驟：（1）按照概率取值原則確定極限狀態函數中抗力變量值和荷載變量s的標準值；（2）半概率地（根據工程實際經驗）規定材料設計強度及設計荷載；（3）由材料設計強度值計算出截面抗力R，由設計荷載計算出荷載效應，并進行判斷。

2.2 水準Ⅱ—近似概率設計法

這是目前在國際上已經進入實用階段的概率設計法。它運用概率論和數理統計，對工程結構、構件或截面設計的“可靠概率”，做出較為近似的相對估計。我國《工程結構可靠度設計統一標（GB50153—2008）及《建筑結構設計統一標準》（GB50068—2001）《鐵道工程結構可靠度設計統一標準》（GB50216—94）以及《公路工程結構設計統一標準》（GB/T50283-1999）等采用的以概率理論為基礎的一次二階矩極限狀態設計方法就屬于這一水準的設計方法。雖然這已經是一種概率方法，但是，由于在分析中忽略了或簡化了基本變量隨時間變化的關系；確定基本變量的分布時受現有信息量限制而具有相當的近似性；并且，為了簡化設計計算，將一些復雜的非線性極限狀態方程線性化，所以，它仍然只是一種近似的概率法。不過，在現階段，它確實是一種處理結構可靠度的比較合理且可行的方法。本書第三章將對此予以詳細討論。

2.3 水準Ⅲ—全概率設計法，對結構采用較精確的概率分析

對各基本變量，如荷載、材料性能、幾何尺寸、計算精度等分別采用隨機變量或隨機過程概率模型描述，求得結構的最優失效概率直接度量結構可靠性。由于對基本變量的客觀規律了解不足，采用全概率法還存在一定困難。目前僅對某些特殊重要結構如核電站等采用全概率法進行研究分析。結構系統的可靠度分析，許多學者對此從不同角度進行了研究，提出了一些概念和方法。如結構可靠度分析的一階矩概念及荷載為FerryBorgesCastanheta組合情況下的計算方法問題；利用系統系數，針對結構各種破壞水平所對應的極限狀態不同，計算系統可靠度并進行結構設計的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽樣技術計算結構系統的可靠度等，同時，一些學者還研究了系統可靠度界限的問題?？傊?，系統可靠度分析研究內容豐富，難度較大。

3 結語

對橋梁結構的安全性和耐久性的研究，是保障橋梁長久安全使用的保障，不僅要加大施工管理力度，保證施工原材料的質量和施工工藝，還應該重點考慮影響橋梁安全性和耐久性的各種因素。加大橋梁安全性和耐久性的重視力度，重視橋梁機構疲勞損傷問題，和相關部分進行合作，嚴禁超載車輛的通過，這樣才能從根本上解決存在的問題，還大眾一個安全的通行環境。

參考文獻

[1] 張衛民.試談路橋設計中的安全性與耐久性[J].城市建設理論研究，2012（25）.

[2] 李平.橋梁設計中的安全性和耐久性研究[J].黑龍江交通科技，2013（01）.