淺析橋梁設(shè)計(jì)中的幾個問題

1、    淺析橋梁設(shè)計(jì)中的幾個問題    錢華永 李波摘要：本文就橋梁設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：橋梁；設(shè)計(jì)；存在問題abstract: this paper discussed the problems in the bridge design.key words: bridge; design; problems中圖分類號：tu997 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a 文章編號：隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)健發(fā)展，我國的橋梁建設(shè)也有了較好的發(fā)展，尤其是在大跨徑橋梁方面，我國建造了代表著世界先進(jìn)水平的南浦，徐浦大橋，銅陵長江大橋。但是，就整體水平而言，我們還存在一些問題，離

2、世界先進(jìn)水平還有一定的差距，本文主要針對橋梁設(shè)計(jì)中的問題展開討論。1.橋梁設(shè)計(jì)中的問題1.1橋梁設(shè)計(jì)人員缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)中需要具有極高的工程力學(xué)知識及設(shè)計(jì)能力，而整個設(shè)計(jì)過程要考慮的影響因素有很多。稍有疏忽或考慮不全，就會對橋梁工程造成隱患，影響橋梁的使用壽命，甚至造成重大安全事故。有些設(shè)計(jì)人員僅對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度關(guān)注，而忽視了從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性??；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級過低、保護(hù)

3、層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過??；這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，僅用了5-10年就因?yàn)槟途眯猿隽藛栴}影響結(jié)構(gòu)安全。因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時必須充分預(yù)測日后使用過程中所受到的環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，嚴(yán)密計(jì)算橋梁承受車輛、風(fēng)、地震、超載、水流沖擊等因素對橋梁的影響，同時還要考慮到建筑材料的老化和被侵蝕等因素，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。1.2施工質(zhì)量比較低對于短期內(nèi)發(fā)生橋梁倒塌與破壞，大多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)

4、要求，包括材料強(qiáng)度不足以及施工工藝不合格等；也還有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重問題。而大量的橋梁在遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期使用壽命時，就出現(xiàn)了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問題，這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，典型的問題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場的嚴(yán)重的構(gòu)件開裂問題（主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等）。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結(jié)構(gòu)的長期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。1.3橋梁設(shè)計(jì)中忽視超載問題設(shè)計(jì)采用的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使

5、用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)又包括兩層意義，一是指結(jié)構(gòu)達(dá)到極限承載能力，結(jié)構(gòu)整體或部分喪失穩(wěn)定性，二是指在重復(fù)荷載作用下構(gòu)件由于材料的疲勞而導(dǎo)致破壞的疲勞極限?，F(xiàn)行公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范指出，對于鋼筋混凝土橋梁，因其結(jié)構(gòu)重量占總荷重比例很大，活載引起的疲勞影響較小，因此不考慮重復(fù)荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞影響。這種理論對于橋墩臺、主梁等不失為一種有效的方法，但對于橋梁的一些特殊構(gòu)件的設(shè)計(jì)若忽略疲勞狀態(tài)的設(shè)計(jì)則極為不妥，甚至于非常致命。2.建議及解決措施2.1提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性第一，要加大混凝土保護(hù)層的厚度。保護(hù)層是鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力的保障，同時，對鋼筋也能起到保護(hù)作用，防止有

6、害介質(zhì)侵入到混凝土內(nèi)部腐蝕鋼筋。有關(guān)研究表明，氯離子擴(kuò)散至鋼筋表面的時間與保護(hù)厚度的平方成正比，而在碳化現(xiàn)象中，二氧化碳的擴(kuò)散速度也與保護(hù)層厚度密切相關(guān)。一般來講，保護(hù)層越厚，鋼筋表面免于侵蝕的時間就越長，鋼筋銹蝕的速度也就越慢，結(jié)構(gòu)就越耐久。第二，要選擇高性能的鋼材，如高屈服、高強(qiáng)度、高水平鋼材的斷裂韌性、焊接性能好，耐腐蝕等。使用環(huán)氧涂層鋼絞線和鋼筋，防止鋼絞線和鋼筋腐蝕。選擇高性能的混凝土，在橋面鋪裝中使用環(huán)氧瀝青混凝土，可以增加強(qiáng)度、耐磨性及密實(shí)度，從而使橋面有更好的耐久性。第三，加強(qiáng)簡支梁端封頭混凝土及鉸縫施工質(zhì)量控制，避免梁頭和鉸縫滲水。在以往舊橋檢測和加固施工中發(fā)現(xiàn)在空心板封頭處

7、，由于混凝土開裂，厚度過薄等原因，水從伸縮縫等部位沿著封頭的微小裂縫逐漸進(jìn)入空心板內(nèi)部，并很難排出來，長期侵蝕梁體混凝土和鋼筋。因此，應(yīng)該注重封頭混凝土施工質(zhì)量，確保混凝土密實(shí)。在鉸縫處，由于連接比較薄弱，加上施工質(zhì)量較差，許多橋梁在使用早期就出現(xiàn)鉸縫開裂，橋面鋪裝層沿鉸縫開裂，橋面防水層開裂，鉸縫處嚴(yán)重滲水，板的翼緣混凝土碳化最為嚴(yán)重，部分鋼筋開始銹蝕。因此，從設(shè)計(jì)上要采取措施，加強(qiáng)鉸縫連接，避免單板受力，從而保證橋面防水層整體性不被破壞。第四，在結(jié)構(gòu)上，盡量選用箱型斷面，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，減輕橋梁的疲勞振動。盡量采用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，對主橋縱、橫向均施加預(yù)應(yīng)力，保證截面在使用階段不出現(xiàn)拉應(yīng)力

8、，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。構(gòu)件斷面設(shè)計(jì)中，配置的鋼筋間距應(yīng)適當(dāng)，方便振搗，使混凝土粗細(xì)骨料分布均勻，保證混凝土的密度和強(qiáng)度。混凝土外露面的邊緣，棱角和溝槽均應(yīng)呈圓弧形。第五，注重防水層的設(shè)計(jì)。橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該布置一定的抗?jié)B、抗剪、抗拉的防水層，防水涂層與瀝青混凝土鋪裝層之間應(yīng)該具有良好的相融性，二者之間的粘結(jié)力不應(yīng)低于瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面板之間的粘結(jié)力。另外，在橋面鋪裝層的頂面，特別是連續(xù)梁的負(fù)彎矩短，應(yīng)該設(shè)置防水層，為避免水分從伸縮縫處滲入梁內(nèi)，應(yīng)該加強(qiáng)伸縮縫處的排水設(shè)計(jì)，注意排水管的設(shè)計(jì)，特別是水管周邊的構(gòu)造細(xì)節(jié)處。2.2提高設(shè)計(jì)人員整體設(shè)計(jì)理論素質(zhì)設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)中需要具有極高的工程

9、力學(xué)知識及設(shè)計(jì)能力，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時必須充分預(yù)測日后使用過程中所受到的環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，嚴(yán)密計(jì)算橋梁承受車輛、風(fēng)、地震、超載、水流沖擊等因素對橋梁的影響，同時還要考慮到建筑材料的老化和被侵蝕等因素，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。2.3對橋梁的超載問題給予重視車輛超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營；其二是橋梁通行的車流量超過原設(shè)計(jì)；另一種是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加；后者是車輛使用者違法超載營運(yùn)，后兩種超載現(xiàn)象在我國公路運(yùn)輸中較為普遍。橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。例如，混凝土橋梁一直被認(rèn)為具有足夠的耐久性，但在汽車超載作用下，可能發(fā)生開裂；裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合，但由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷，構(gòu)件的開裂彎距降低、剛度下降；于是在正常使用荷載作用下，本來不該開裂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或本來較小的裂縫成為超出規(guī)范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形。這些都會對結(jié)