路桥设计中的安全性和耐久性分析_杨岑.pdf

151路桥设计中的安全性和耐久性分析杨岑1霍宇21.重庆交通大学工程设计研究院有限公司重庆4000742.四川德玛工程设计有限公司四川成都610057摘 要：在我国经济发展水平的持续提升下，交通设施建设速度不断加快，设施规模不断加大，对工程耐久性及安全性提出新的要求。路桥设计中需采取积极有效的措施处理工程耐久性及安全性问题，构建安全稳定的通行环境。本研究主要探讨路桥设计中的安全性及耐久性设计原则、方法及措施，解决路桥设计中耐久性及安全性不足的问题，为提高整桥质量、延长路桥寿命提供保障。关键词：路桥；安全性；耐久性；设计DOI:10.19569/119313/tu.202318051路桥设计过程中需对工程项目所处环境、地质结构、水文条件等进行深入分析，将环境融入工程设计中1，提升路桥工程的安全性及耐久性。目前，我国现代化城市建设水平持续提升，公众生活水平及质量得到大程度改善，城市交通工具持续增加，对路桥工程安全性及耐久性提出更高要求。从我国路桥工程建设现状来看，路桥项目建设的安全性及耐久性尚有一定提升空间。对此，路桥工程设计工作者需依照实际情况优化设计措施，持续提升路桥安全性及耐久性2。1 路桥安全性及耐久性设计原则路桥工程设计中需根据城市地形、施工需求、水文地质条件、环境等综合考虑。首先，设计方法需满足城市的现代化建设要求，将安全及功能作为工程建设原则，合理控制建设规模，确保路桥与城市需求匹配，避免规模过大而浪费资源，也避免规模过小而复工。路桥工程设计中需将美观协调、技术先进、经济合理作为考量要点，保证路桥的安全性及耐久性3。其次，路桥作为城市的标志性建筑，需注重外观的美化设计，将美观简洁、协调自然作为设计原则，凸显人文特色及城市文化，但是也要注重桥梁的耐久性及安全性，避免寿命较短而复工。其三，路桥设计中需积极应用新的设计理念，合理运用新的材料，对施工可行性及结构耐久性进行深入考虑，合理选择设计结构及方式。最后，路桥设计中需遵循实用性原则，工程完工可需发挥疏通车流的功能。与此同时，施工过程中可利用车辆借道绕行4、左右幅同时施工等方式，提升施工效率，保证工程如期或缩短周期完成，减少工程开工对城市群众出行的影响。2 路桥设计中提升安全性及耐久性的方法2.1 提升桥梁使用寿命路桥建成以后的使用寿命可称之为桥梁耐久性。路桥使用时间与经济性和安全性有着极为紧密的关联。路桥工程开展过程中，将整体结构设计放在重要位置，对细节设计重视程度相对较低。路桥后期维修及养护工作未考虑设计理念，导致人力、物力等资源受到一定程度浪费，影响路桥耐久性。道路桥梁设计过程中需考虑各个细节问题5，让设计效果得到充分体现，提升路桥结构性能，从而延长桥梁使用寿命。桥梁施工或设计阶段需注重牢固性、安全性及耐久性问题，通过先进的养护技术及探测技术等剖析路桥使用阶段可能存在的问题，让桥梁耐久性及安全性满足需求。2.2 注重疲劳损伤问题动荷载是路桥投用阶段需要承受的主要荷载之一，经过长期使用后桥梁动荷载会给结构内部带来交变应力，导致路桥出现强烈震动，长期下来会让路桥受疲劳损伤影响而降低结构完整性。道路桥梁施工过程中使用的原材料没有办法完全整齐划一，一些材料存在细微差异，在交变应力的影响下此类差异会被无限放大，最终引发桥面裂缝，给桥梁工程带来巨大影响。若不及时采取补救措施，会引发脆性断裂的风险。路桥早期损伤可在第一时间被检测出来，此类无法检测的细小损伤会引发巨大灾难，需依照道路桥梁疲劳损伤分析流程提升预防能力。如图1所示，桥梁疲劳损伤的处置不能局限于桥梁整体结构，需对所有结构进行深入分析，尤其关注重要节点，否则影响桥梁整体结构的安全性及耐久性6。图1 桥梁疲劳损伤流程图路桥隧道 1522.3 加强桥梁荷载的分析路桥工程亟需解决的问题就是荷载问题，荷载问题会导致年限较久的桥梁无法满足运行负荷，或是桥梁最大设计荷载无法满足车流量负载。车流量增加与路桥自然承载能力降低可通过设计及施工进行调整，但是没有办法从根本上控制车辆荷载问题。对此，在路桥设计中，需对车辆荷载问题进行分析，避免桥梁投运后受车辆荷载影响。控制车辆荷载会降低车辆运行对桥梁结构造成的损伤，避免桥梁出现结构性损坏，从而提升桥梁耐久性及安全性。由于桥梁荷载主要受车流量影响，因此需重点对车流统计方法进行研究。车流统计方法包括人工调查法、仪器观测法。为了保证观测精度，可采用仪器观测法，使用动态车重系统观测车流代表性参数，如车辆总量、轴重、车速等。观测车流量后，需进行荷载谱计算。根据相关路段实际调查得到交流流通数据，将得到的车辆进行分型。目前，大多数路面中经过的车辆类型较多，对其进行荷载演算时需简化车辆类型。可以从车辆轴数、轴距等方面进行分类7。比如，某四种车型分为三轴车和六轴车，分类方式依托车轴的布置模式与轴间距，不同布置方式引起的车辆荷载幅度值不同，因此可以从车轴角度区分车辆类型。依照统计分析得到的车重样本，结合等效疲劳损伤理论解释不同模型车辆的等效轴重，从而得到荷载谱。在道桥设计中可结合荷载谱对道桥进行优化设计，避免道桥承受超过设计标重的荷载，提高桥梁耐久性及安全性。2.4 增加混凝土保护层厚度设计混凝土保护层的目的是保护路桥钢筋混凝土之间的粘结能力，确保钢筋使用质量，发挥屏障保护作用，避免有害介质进入钢筋混凝土结构内部。相关研究指出，氯离子在钢筋表面扩散后，扩散时间与保护层厚度呈正比关系，即保护层厚度越厚扩散需求时间越长，道钢筋结构抗腐蚀时间越长8。此外，二氧化碳扩散速度和保护层厚度之间也有着十分紧密的关联。常规条件下，混凝土保护层越厚，钢筋具有更加优异的抗腐蚀能力，增加保护层厚度可提高钢筋混凝土结构耐久性，从而增强道桥耐久性及安全性。2.5 重视结构及构件的合理选型道路桥梁设计施工中需运用多种箱型界面，该截面设计形式可提高道桥结构刚度，降低路桥疲劳震动。此外，为了避免路桥出现结构性裂缝的问题，可以在主桥结构垂直及水平元件上施加一定的预应力，让其形成完整的预应力结构，控制结构形变问题，避免桥面出现裂缝。断面设计过程中，需适当增加混凝土棱角外观断面的密度及强度，也要控制好混凝土骨料粒度分布情况，科学设置钢筋间距。对于桥梁结构的设计，借助设置具有防渗透、抗剪切和拉伸功能的防水层，让桥梁结构性能得到增强。在道桥施工中，防水涂层和沥青混凝土铺装层之间存在附着力，需保证附着力比沥青混凝土路面和钢筋混凝土桥面的附着力大。在桥面顶面和连续梁负弯矩位置需部署防水层，避免水分渗透到结构内容，达到提高路桥耐久性及安全性的目的9。3 路桥设计中安全性及耐久性保障措施3.1 优化设计方案路桥设计中需将工程安全性及耐久性作为重要参考，将其作为规范分析设计方案的不足指出。通过组建专业的设计队伍，联合经验丰富的施工人员及监理人员，对路桥方案进行修订，健全设计规范，进一步提升道路桥梁设计标准，为道路桥梁的设计及施工提供最为基本的参考。道路桥梁设计过程中需每隔一段时期对参与设计的人员进行培训，持续提升人员综合能力，充分了解路桥施工中用到的施工材料及器械，让其对此类施工材料有一定认识，增强设计的合理性及科学性。由于道路桥梁工程施工周期较长，因此会遇到诸多不可抗力因素，因此设计方案 需具备一定柔性，根据路桥所处环境优化设计方案，提升桥梁的安全性及耐久性。3.2 创新设计理念路桥工程设计中需结合工程实际，持续更新设计理念。在设计前，对工程施工场地进行全面调查，了解不同施工环节的影响因素，对地质水文条件进行勘探，综合考量施工工艺，合理选择施工材料。路桥方案设计中需代入实践思维，发挥设计者设计能力，认识到工程安全性及耐久性的作用。总体而言，设计理念创新方式包括如下几点：首先，道路桥梁易面临超载问题，意味着路桥的安全性及耐久性设计需将超载问题纳入其中。由于路桥长时间受来往车辆碾压，一旦车流量超过预期，外加路桥的不间断使用，将导致路桥因过度应用而损害路桥的质量，从而缩短使用寿命。路桥设计过程中需充分考虑路桥的实际运营情况，设计出一定余量，寻求科学的解决方案。其次，注重路桥的疲劳损伤问题。路桥设计过程中易出现疲劳损伤的问题。所以，工程设计阶段应考虑结构设计是否科学，注重关键性结构的设计方案，分析路桥承受力。与此同时，在分析路桥承受力的基础上，尽可能降低疲劳损伤对路桥带来的影响。比如，预估路桥的实际使用情况，对重点部位进行加强设计，提升关键结构的安全性及耐久性。3.3 工程统筹规划路桥设计中为确保道路桥梁工程的安全性及耐久性，需建立设计方案质量保障体系，路桥工程中对工程质量产路桥隧道 153生影响的因素较多，且相互关联，涵盖工程建设的多个环节。所以，在设计阶段，通过系统的管理体系来协调影响质量的因素，控制设计人员的行为，以此设计出更加合理的方案。首先，确定设计整体规划，制定创优规划，为完善质量保证体系奠定基础。方案设计中围绕技术保证、设备保证、施工质量保证、物质保证、质量监督保证等方面入手，制定标准化、完善化、充分化、动态化的施工方案。此外，为进一步提升路桥的安全性及耐久性，方案设计中需建立质量评估机制，搭建专门的监督小组，对设计质量进行全局把控。由项目设计第一负责人作为组长，项目技术负责人作为副组长，由部分管理者、施工领队、质检员作为组员。组长负责对设计方案全局控制，领导组员完成方案可行性监督工作，保证各个设计环节的质量均得到有效控制。副组长负责配合队长开展设计监管工作，对方案中的技术及方法进行指导，负责技术方法研究，确保各个设计技术均可有效实施。成员负责处理好各个潜发的设计漏洞，深入落实自身职责，并对已经设计好的方案进行全局考虑，分析方案中是否存在漏洞，提升工程方案的可行性10。3.4 提高桥梁冗余度冗余度是桥梁发生危机事件时桥梁的储备强度，若桥梁未设置冗余度或冗余度不足，当桥梁某个结构发生损坏时会导致整桥坍塌或塌陷。桥梁设置冗余度后可保证桥梁发生某个结构损坏时不影响整桥结构性能，可为路桥检修提供应急时间。冗余度在桥梁设计中更多的是对破坏力的承受能力。冗余度设计需依托桥梁安全系数而非结构在安全性上的贡献。路桥结构中，不同类型冗余度是相互依存的。冗余度设计在路桥中的应用更多的体现在指导设计阶段。为了保证路桥耐久性及安全性，需提高桥梁冗余度，如桥梁设计中避免或关注特殊结构或构造细节的使用，桥梁设计中通过冗余度系数评估荷载应力的影响，对需要提高冗余度的节点进行优化设计，在节省造价的同时保证整桥性能。道路桥梁设计过程中，设计人员需根据桥梁使用需求，有针对性的设计冗余度，如针对桥梁所处的区位情况优化设计，评估地震、火灾、滑坡、洪水、车辆撞击等事件的发生率，按照事件发生概率的高度设置对应冗余度。桥梁冗余度设计并非无限制提升，冗余度过大会浪费财力，但是过小会影响桥梁抗性。在路桥设计中可采用三维有限元分析法，采用迭代的方式对桥梁体系的连锁破坏模式进行模拟分析，找出不同结构体系存在的短板，针对短板元件进行强化设计，消除隐存风险，提升路桥耐久性及安全性。4 结束语路桥耐久性及安全性设计具有系统性与复杂性特征，需将施工、设计及后期养护相结合。在路桥工程建设中，通常将施工进度放在首要位置，将影响路桥耐久性的因素放在次要位置，设计人员需从工程实际入手，持续学习先进经验，将自身专业知识的优势凸显出来，借助规范化的管理及有效的设计，确保道桥耐久性与安全性满足施工需求，延长桥梁使用寿命，提升桥梁工程社会效益。参考文献：1 丁伟锐，黄维莉.桥梁混凝土结构耐久性现场检测探讨J.交通世界，2022，36:99-101.2 杨飞，白冰，郭磊，等.基于证据理论的混凝土桥梁耐久性状况评定方法J.公路交通科技，2022，39(11):76-83.3 阮静，左新黛，张德龙，等.国内外混凝土桥梁寿命与耐久性设计进展J.城市道桥与防洪，2022，9:1-4+325.4 陈光伟，王少鹏，杨洋，等.京沪高速江苏段混凝土桥梁的耐久性指标统计特性分析J.公路交通科技，2022，39(8):76-85.5 王海华，郭龙，王龙林，等.桥梁结构安全性评估与临时加固设计方法研究J.粘接，2021，47(9):193-