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在橋梁設計中安全性及耐久性的分析

新聞時(shí)間:2018-01-10 文章來(lái)源: 文章作者:ztcjjt
橋梁結構的安全性與耐久性是密切相關(guān)的,是結構工程的生命。我國目前正處于基礎建設的高峰期,而橋梁建設占據了重要角色,必將在社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。橋梁工程如果沒(méi)有足夠的安全性與耐久性,就會(huì )給社會(huì )帶來(lái)不可估量的損失。然而,一些設計、施工單位甚至行政主管部門(mén),對這個(gè)問(wèn)題至今尚未給予足夠的重視。近年來(lái)發(fā)生的不少橋梁倒塌事故中,有一些就是屬于非正常設計、施工造成的。這里面既有管理機制方面的問(wèn)題,也有理論技術(shù)方面的問(wèn)題,其后果都將直接導致工程的安全性、耐久性不達標。
1、影響橋梁安全性和耐久性差的因素分析
1.1施工和管理水平低

  國內外多座橋梁的突然破壞與倒塌,已使工程界對橋梁安全性問(wèn)題倍加關(guān)注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌,多是由于施工質(zhì)量沒(méi)有達到規范和設計要求,典型的問(wèn)題包括材料強度不足和施工工藝不合格等;也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問(wèn)題,更是對橋梁安全造成致命的損害。而大量的橋梁在遠沒(méi)有達到預期使用壽命時(shí),出現了影響正常使用的病害與劣,這些缺陷雖然短期不會(huì )對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響,但卻會(huì )對結構的長(cháng)期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。
1.2設計理論和結構構造體系不夠完善
  在承認施工存在問(wèn)題的同時(shí),也不可否認,在橋梁設計領(lǐng)域,特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題還有許多可以改進(jìn)的地方。結構設計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟合理的結構方案,其次是結構分析與構件和連接的設計,并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。
  不同的環(huán)境和使用條件、不同的設計對象都會(huì )對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規范再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問(wèn)題、規范更新得再快也適應不了新認識、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對結構提出的各種新的要求。因此,合理可靠的結構設計除了滿(mǎn)足規范的要求外,還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經(jīng)驗和準確的判斷。
2、提高橋梁設計中的安全性和耐久性的措施
2.1成分重視橋梁結構耐久性和安全性問(wèn)題

  橋梁在建造和使用過(guò)程中,一定會(huì )受到環(huán)境的影響及受到有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕,也會(huì )承受車(chē)輛、風(fēng)、地震、疲勞等人為因素外來(lái)作用。另外,橋梁所采用材料的自身性能也會(huì )不斷退化,從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。大量的病害實(shí)例證明,除了施工和材料方面的原因,影響結構耐久性的決定性因素是來(lái)自構造上(也即設計上)的缺陷。
2.2樹(shù)立正確的橋梁工程設計理念
  隨著(zhù)時(shí)代經(jīng)濟的高速發(fā)展,人類(lèi)所建造的各種大型工程結構物,規模巨大,結構復雜,功能眾多。國際上稱(chēng)之為“超級工程”。這些工程的特點(diǎn)是:投資巨大,技術(shù)復雜,環(huán)境影響嚴重,襲擊破壞機率增大(風(fēng)、浪、地震海嘯、船撞、破壞等等)和維修、養護、加固難度大。因而,過(guò)去只限于設計、施工質(zhì)量的單一層面上去尋求結構的安全性就不夠了。從上世紀七十年代后,國內外專(zhuān)家在分析研究認真總結經(jīng)驗教訓的基礎上,除強調結構設計和建造時(shí)期的安全性、耐久性、整體牢固性的要求外,逐步討論了結構在使用期間的檢測、維修、加固的新技術(shù),對不同工程結構物的災害和可接受的危險水平和評估進(jìn)行了深入研究,提出了耐久性設計的概念。結構耐久性設計所要解決的問(wèn)題也就是經(jīng)濟、合理的使用年限問(wèn)題,即結構壽命期問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題,在設計和建造階段就要挑戰傳統設計理念:對設計工程師要求對結構設計時(shí)應使結構具有六大特性,即可檢性,可修性,可換性,可強性,可控性及可持續性。工程師必須清醒承認整體結構的壽命和各部件的壽命是不等的,如橡膠支座壽命不超過(guò)20年,拉索的壽命僅10~40年,拉索的護套壽命不超過(guò)20年,鋼結構的油漆保護最優(yōu)為20年等等。只有對這些自身壽命期低于結構設計壽命期的部件必需要在構造上保證可查、可修、可換、可加強,對結構在外因變化劇變情況下,結構的變形要在構造上“可控”,才能夠在運營(yíng)階段對橋梁進(jìn)行維修、加固等措施,從而保證結構的耐久性。設計施工階段的耐久性設計要兼顧橋梁的壽命期成本和結構特性要求,它是橋梁耐久性的基礎。在橋梁運營(yíng)、維護階段,對橋梁定期進(jìn)行檢測與評估,從而對橋梁進(jìn)行加固和維修,來(lái)進(jìn)一步保證橋梁的耐久性。
2.3重視對疲勞損傷的研究
  橋梁結構所承受的車(chē)輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載,會(huì )在結構內產(chǎn)生循環(huán)變化的應力,不但會(huì )引起結構的振動(dòng),還會(huì )引起結構的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續的,實(shí)際上存在許多微小的缺陷,在循環(huán)荷載作用下,這些微缺陷會(huì )逐漸發(fā)展、合并形成損傷,并逐步在材料中形成宏觀(guān)裂紋。如果宏觀(guān)裂紋不得到有效控制,極有可能會(huì )引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到,但其帶來(lái)的后果往往是災難性的。疲勞損傷過(guò)去一直被認為是鋼橋設計中的核心問(wèn)題,由鋼結構疲勞引起的鋼材開(kāi)裂案例較多,亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來(lái),疲勞損傷的研究已進(jìn)入混凝土結構,但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能的研究還需加強。對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個(gè)結構而言,事實(shí)上橋梁結構常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導致整個(gè)結構的失效,例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。
2.4加強橋梁運營(yíng)的全過(guò)程管理
  結構的安全性和耐久性,與使用階段的檢測、維修、運營(yíng)管理密切相關(guān),對處于露天和惡劣環(huán)境下的橋梁工程來(lái)說(shuō)尤其如此。因為結構在設計壽命期內各個(gè)組成部件具有不同的耐久性極限,為了保證結構的安全性和耐久性,在其使用期內實(shí)施強制性的定期安全檢測,甚至加固或更換,才能保證結構在設計壽命期內的功能。這些后期的運營(yíng)管理所搜集的資料,橋梁工程的設計有著(zhù)重要的參考價(jià)值與借鑒意義。
3、結束語(yǔ)
  綜上所述,橋梁設計中安全性與耐久性是一項最根本的指標,是任何橋梁工程建設中需要面對的問(wèn)題,我們要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法,除了加強施工質(zhì)量管理外,要從橋梁設計理念和結構體系和構造的角度做好耐久性的設計,同時(shí)需要研究疲勞和超載對于橋梁結構耐久性的影響,從而最大限度地保證橋梁工程的質(zhì)量,造就人們滿(mǎn)意的優(yōu)質(zhì)工程。

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