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在桥梁设计中安全性及耐久性的分析

新闻时间:2018-01-10 文章来源: 文章作者:ztcjjt
桥梁结构的安全性与耐久性是密切相关的,是结构工程的生命。我国目前正处于基础建设的高峰期,而桥梁建设占据了重要角色,必将在社会经济发展中发挥重要的作用。桥梁工程如果没有足够的安全性与耐久性,就会给社会带来不可估量的损失。然而,一些设计、施工单位甚至行政主管部门,对这个问题至今尚未给予足够的重视。近年来发生的不少桥梁倒塌事故中,有一些就是属于非正常设计、施工造成的。这里面既有管理机制方面的问题,也有理论技术方面的问题,其后果都将直接导致工程的安全性、耐久性不达标。
1、影响桥梁安全性和耐久性差的因素分析
1.1施工和管理水平低

  国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌,已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌,多是由于施工质量没有达到规范和设计要求,典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等;也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题,更是对桥梁安全造成致命的损害。而大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时,出现了影响正常使用的病害与劣,这些缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响,但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。
1.2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。
  不同的环境和使用条件、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、规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此,合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外,还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
2、提高桥梁设计中的安全性和耐久性的措施
2.1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。
2.2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10~40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。
2.3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。
2.4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。
3、结束语
  综上所述,桥梁设计中安全性与耐久性是一项最根本的指标,是任何桥梁工程建设中需要面对的问题,我们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,同时需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响,从而最大限度地保证桥梁工程的质量,造就人们满意的优质工程。

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