对提高水利桥梁设计可靠性的几点认识

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　　【摘要】随着我国经济的迅速发展，水利基础建设进入高峰，桥梁构件及使用功能的可靠性成了水利桥梁整体运行好坏的最主要和最关键部分。在水利事业的发展中，桥梁设计的可靠性提出更高的要求。本文主要对出现桥梁设计可靠性问题的原因进行分析，然后给出提高桥梁设计的可靠性措施。
　　【关键词】桥梁设计，可靠性能，设计标准，施工工艺，解决措施
　　前言
　　随着我国经济的迅速发展，水利基础建设进入高峰，桥梁构件及使用功能的可靠性成了水利桥梁整体运行好坏的最主要和最关键部分。在水利事业的发展中，桥梁设计的可靠性提出更高的要求。然而目前在桥梁设计的可靠性方面却出现了很多问题。究其原因，有以下几点：
　　
　　1.1桥梁设计标准方面
　　目前大部分城市还使用以前低设计标准的桥梁，但是随着经济建设的发展,社会对桥梁防洪泄洪承压等级越来越高，加之气候条件不断恶化，各种洪涝灾害频繁发生，致使这种低标准的设计方案已不适合现阶段的需要,其本身的可靠性问题随时可能发生,对人类的生命造成一定威胁。
　　1.2桥梁设计方面
　　在设计过程,设计者只考虑桥梁的结构强度计算结果满足规范要求,却忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为因素等方面综合计算桥梁的可靠性。设计人员的经验欠佳,能动性不太强。比如：对于可能发生台风、暴雨、暴雪、地震、火灾、流冰、洪水危害的桥梁，或者承建桥梁所处地质条件复杂，桥基础软弱，如果仍然死套规范，势必会影响桥梁今后的使用，甚至埋下事故隐患。
　　因此，用静态思维去解决不断进步发展的技术问题是不行的。桥梁在不同的环境和使用条件下和不同的设计对象都会对结构体系得出不同的布局和构造要求,规范再详细也不能代替应由设计人员解决的各种问题,规范更新再快也适应不了新技术、新材料、新工艺快速发展对结构设计提出的各种新要求。
　　目前的设计可视为静态设计,过于偏重设计建成时期结构的工作和服务能力而对使用期实际的性能表现随时间的劣化缺乏相应的考虑。偏重于建造成本考虑,而不够重视营运的维护成本和与使用寿命相对应的成本效益,因此，合理可靠的结构设计除了满足规范要求外,还要求设计人员具有对结构本性的确认。丰富的经验和准确的判断，从而在设计时对桥梁整体结构寿命使用过程进行全面综合分析和计算,提高结构的可靠性。
　　1.3耐久性方面
　　目前国内的桥梁设计中存在一个明显问题是在设计中考虑强度多而考虑耐久性少,对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注而已,既没有提出明确的使用年限要求,也没有进行专门的耐久性设计,即从材料、结构,环境及设计程序来保证耐久性,并确定在何种维护和使用条件下,桥梁具有哪种程度的耐久性。
　　1.4施工和管理水平方面
　　在建或刚建不久却发生诸如突然破坏与倒塌事故的桥梁之类的问题,很大方面是因为施工质量没有达到规范和设计要求,管理混乱。其主要原因是材料强度不足和施工工艺不合理等,管理方面是偷工减料、以次充好等都可对桥梁的安全性造成威胁。
　　2 提高桥梁可靠性的措施
　　(1)加强对桥梁寿命期的理解。
　　我国在工程建设方面,将逐步从最初的单纯设计满足载荷强度的设计原则转变到既满足载荷强度需求又满足桥梁寿命需要的设计思路。符合国际上造桥对寿命期的要求。加强桥梁使用寿命的理解,应首先要研究确定结构重要性的方法。寿命期定后桥梁建设的规划、设计、施工、运行(包括养护、维修、管理)也需要综合考虑,以便修建的桥梁寿命在预想之中。
　　(2)充分认识环境因素的影响作用。
　　在桥梁设计中应该减少或降低环境因素对混凝土和钢筋的影响。特别在靠近氯离子侵蚀严重的海边,其环境因素对桥梁的影响后果更不容忽视。桥面应有一定的坡度或设置排水管道,在混凝土桥面板与路面层之间设置可靠防水层,防止水向下渗漏,造成环境对桥梁的破坏后果。
　　(3)结构的耐久性问题必须得到重视。
　　桥梁在建造和使用过程中,会受到环境、甚至化学物质的侵蚀并承受各种荷载及人为因素等外部作用,同时桥梁本身所采用的材料性能也会不断疲劳、损伤、劣化,导致结构部分不同程度的损伤和劣化,桥梁早期开裂等,大量病害实例证明除了施工和材料方面的原因外,影响耐久性的决定性因素是结构设计上的缺陷造成,长期以来,人们一直偏重于结构计算方法研究,而忽视对总体构造和细节处理方面的关注,对如何从结构和设计角度及如何以设计和施工人员易接受操作方式来改善桥梁耐久性却很少研究。结构耐久性设计与常规的结构设计有着本质区别,目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析方向发展。
　　(4)运营环境的超载问题应该受到重视。
　　桥梁的超载一方面使疲劳应力幅度加大,损伤加剧,甚至结构破坏。另一方面桥梁内部损伤不能恢复,使受力状态发生变化,从而使桥梁的可靠性降低。桥梁超载主要表现为附有泄洪和交通双重任务的旧桥，桥面超龄负载运营,通行车流量超过设计预测值,车辆的违规超载,这些问题除了交管部门要加强管理外,对超载带来的后果进行研究分析成为一种迫切需要在国内这种特定的运输环境中,超载已是一种社会问题,不可在短时间内制止,设计上在考虑经济的情况下,应变被动适应改为主动适用,在荷载组合设计计算时研究分析,应充分考虑合理的超载外力,从而有效地提高桥梁承可靠性。
　　(5)疲劳损伤的研究应该加强重视。
　　桥梁结构所承受外力大部分是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力及应变,引起结构的累积疲劳损伤。桥梁所采用的材料本身就不是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷逐渐发展扩大形成损伤。如在运营时得不到有效控制,会引起材料结构的脆性断裂,带来和后果往往是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅对整个结构而言,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失效。近年来,疲劳损伤的研究虽然进入混凝土结构,但对于使用后期受腐蚀的钢筋构件中的动态性能和疲劳性的研究还需要加强。
　　(6)对于国外的优秀经验要积极借鉴。