国内桥梁设计存在的主要问题

国内桥梁设计存在的主要问题 国内桥梁设计存在的主要问题 摘要 国内现行规范对桥梁设计提出的要求是适用、 经济 、 平安、 美观， 这些要求基本上包含了 人们关切的全部重要 问题 。 关键词 道路桥梁 具体的设计过程按承载实力和正常运用两种极限状态来进行。 前者是限制结构在丢失服务实力临界状态时的承载实力、 设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值， 必需小于或等于结构抗力的设计值。 利用荷载平安系数、 材料平安系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下的结构总体的平安储备， 是一个半概率的极限状态设计法。 可以认为是对平安性要求的保证。 后者限制结构在正常运用状态时应力、 裂缝和变形小于肯定的限值， 对应于适用性的要求。 暂且不论这些限制方程和 计算 理论 是否完全合理， 它们至少从定性和定量的形式上保证了 平安性和适用性两项要求， 而对于经济、 美观的要求则没有具体的指标进行衡量。 当然， 在方案设计和评审阶段会考虑到经济和美观的要求 中小桥梁主要关注经济性， 而大型和特大型桥梁对美观问题越来越重视 ； 但须要指出的是该阶段对 经济性的评估往往是只注意考虑建设成本， 而对于后期的养护、 修理等的长期综合成本缺乏考虑， 因此这种评估常常是比较片面的。 一个典型的例子是斜拉桥的换索问题。 由于 目前 技术水平的限制， 斜拉桥拉索的平均运用寿命在 20 年到30 年之间， 也就是在其服役期期间至少要进行一次换索， 假如考虑到后期换索的巨大投入， 那么在跨度 1000 米以下的桥型竞争中， 悬索桥与斜拉桥在经济性方面的差距将大大减小。 现在， 国内的结构设计过程中， 有这样的倾向 设计中考虑强度多而考虑耐久性少； 重视强度极限状态而不重视运用极限状态， 而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是运用时的性能表现； 重视结构的建立而不重视结构的维护。 事实上，目 前的桥梁设计中， 对于耐久性更多的只 是作为一种概念受到关注， 既没有明确提出访用年限的要求， 也没有进行特地的耐久性设计（ 从材料、 结构措施及设计程序上上保证耐久性， 并明确声明在何种维护和运用条件下， 桥梁具有哪种程度的耐久性）。 这些倾向在肯定程度上导致了 当前工程事故频发、 结构运用性能差、 运用寿命短的不良后果； 也与国际结构工程界日 益重视耐久性、 平安性、 适用性的趋势相违反；也不符合结构动态和综合经济性（ 考虑结构建设、 运用、 维护等整个周期的费用） 的要求。 桥梁平安性、 耐久性差的主要缘由 1） 施工和管理水平低 国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌， 已使工程界对桥梁平安性问题倍加关注。 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、以次充好等严峻的管理问题， 更是对桥梁平安造成致命的损害。 而大量的桥梁在远没有达到预期运用寿命时， 出现了 影响 正常运用的病害与劣化； 特殊是一些桥梁在只运用了 几年、 甚至刚建成不久就出现严峻的耐久性不足的问题， 这也与施工质量低下有重要关系， 典型的问题有钢筋爱护层不足及目 前广泛存在于施工现场的严峻的构件开裂问题（ 主要缘由包括 水泥选用、 混凝土协作比、 振捣、 养护不当及预应力施加不合理等）。 这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常运用产生明显的影响， 但却会对结构的长期耐久性产生特别不利的危害。 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， 也不行否认， 在桥梁设计领域，特殊是关于桥梁施工和运用期平安性的问题还有很多可以改进的地方。 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， 并取用规范规定的平安系数或牢靠性指标以保证结构的平安性。 很多设计人员 往往只 满意于规范对结构强度计算上的平安度须要， 而忽视从结构体系、 结构构造、 结构材料、 结构维护、 结构耐久性以及从设计、 施工到运用全过程中常常出现的人为错误等 方面去加强和保证结构的平安性。 有的结构整体性和延性不足， 冗余性小； 有的计算图式和受力路途不明确， 造成局部受力过大； 有的混凝土强度等级过低、 爱护层厚度过小、 钢筋直径过细、 构件截面过薄； 这些都减弱了 结构耐久性， 会严峻影响结构的平安性。 不少桥梁、 虽然满意了 设计规范的强度要求， 仅用了 5～ 10 年就因为耐久性出了 问题影响结构平安。 结构耐久性不足已成为最现实的一个平安问题， 设计时要从构造、 材料等角度实行措施加强结构耐久性。 不同的环境和运用条件、 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。 规范再具体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 新相识、 新技术、 新材料快速 发展 对结构提出的各种新的要求。 因此， 合理牢靠的结构设计除了 满意规范的要求外， 还要求设计人员 具有对结构本性的正确相识、 丰富的阅历和精确的推断。 须要改进和努力的方向 1） 应当更加重视结构的耐久性问题 桥梁在建立和运用过程中， 肯定会受到环境、 有害化学物质的侵蚀， 并要承受车辆、 风、 地震、 疲惫、超载、 人为因素等外来作用， 同时桥梁所采纳材料的自 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。 在大跨桥梁领域， 国内从上世纪 80 年头以来， 修建了 大量的斜拉桥； 虽然迄今为止出现倒塌或严峻损害的例子很少，但已 经有多 座桥梁因为 拉索的耐久性问题而不得不提前换 索， 既影响了 运用又增大了 经济损失。 须要指出的是， 很多这类问题与没有进行合理的耐久性设计有关， 这也促使人们重新相识桥梁的耐久性问题。 大量的病害实例也证明， 除了 施工和材料方面的缘由， 影响结构耐久性的确定性因素是来自 构造上（ 也即设计上） 的缺陷。 国内从上世纪 90 年头起先重视了 对结构耐久性的 探讨 ， 也取得了 不少成果。 这些探讨大多是从材料和统计分析的角度进行的， 对如何从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员 易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人探讨。 而且， 长期以来，人们始终偏重于结构计算 方法 的探讨， 却忽视了 对总体构造和细微环节处理方面的关注。 结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区分， 目 前须要努力将耐久性的探讨从定性分析向定量分析发展。 国外的桥梁设计有鉴于耐久性不足导致的严峻损失， 近年来特别重视提高结构物的耐久