2023年对我国桥梁结构安全性和耐久性的研究保持桥梁耐久性和安全性的措施.docx

2023年对我国桥梁结构安全性和耐久性的研究保持桥梁耐久性和安全性的措施 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：马路桥梁；桥梁设计；平安性；耐久性现在，国内的桥梁结构设计过程中，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。一、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510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。二、针对上述缘由今后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，许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。2）重视对疲惫损伤的探讨桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环改变的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲惫损伤。由于桥梁所采纳的材料并非是匀称和连续的，事实上存在很多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会渐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。假如宏观裂纹不得到有效限制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲惫损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。疲惫损伤过去始终被认为是钢桥设计中的核心问题，由钢结构疲惫引起的钢材开裂案例较多，亦有不少因疲惫断裂引起桥梁垮塌的例子。近20年来，疲惫损伤的探讨已进入混凝土结构。对疲惫损伤的探讨不仅仅指对整个结构而言，事实上桥梁结构经常由于某些关键部位的局部疲惫失效而导致整个结构的失效，例如斜拉桥拉索锚固端的疲惫损害。3）充分重视桥梁的超载问题汽车超载主要有三种状况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。前两种产生的缘由主要是设计荷载的改变和交通量的增加；后者是车辆运用者违法超载营运，后两种超载现象在我国马路运输中较为普遍。桥梁的超载一方面可能引发疲惫问题。超载会使桥梁疲惫应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能复原，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生改变，从而可能危害桥梁的平安性和耐久性。例如，混凝土桥梁始终被认为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下，可能发生开裂；裂缝即使在荷载卸除后能够闭合，但由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂弯距降低、刚度下降；于是在正常运用荷载作用下，原来不该开裂的结构产生裂缝或原来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的运用性能和耐久性产生不利的影响，因此除了交管部门要加强管理外，也须要对超载带来的后果进行探讨、分析。4）主动借鉴国外的阅历和成果在欧洲国家（如德国、丹麦等），特别重视对结构物进行性能设计（即PBD， Performance Based Design），内容包括结构的变形、裂缝、振动、强健性、美观、耐久性能、疲惫性等。PBD探讨主要是为了使结构在运营过程中除了保证最低的平安性要求外，尚应有良好的运用性能（包括寿命和耐久性、抗腐蚀、耐疲惫性、美观等）。就其本质而言，欧洲国家的PBD理论，主要探讨结构在运用过程中表现出来的服务性能，分析使性能受到弱化的缘由和其发生的机理、规律，寻求新的结构设计理念和方法。从欧洲人的观点来看，PBD好像是对以耐久性为核心的结构运用性能指标的综合考虑。这一点对国内工程界应当是有启示的。目前国内的设计可视为静态的设计，它只定义了设计建成时刻结构具有的工作实力和性能，而对营运期间性能随时间的劣化及其实际的性能表现缺乏足够的相识和考虑；换言之，从经济性的角度讲是只考虑了建立成本，而忽视了营运期的维护成本和与运用寿命相对应的成本效益。三、结论。桥梁平安性和耐久性不足已成为迫切须要解决的问题，要主动借鉴国外胜利的阅历和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。同时须要探讨疲惫和超载对于桥梁结构耐久性的影响。