【提高桥梁安全性和耐久性的措施】 保持桥梁耐久性和安全性的措施
时间：2019-05-29 03:29:48 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：目前，国内的结构设计过程中, 考虑强度多而考虑耐久性少。从桥梁的安全性和耐久性方面着手，论述了国内桥梁设计存在的问题。 关键词：桥梁；安全性；耐久性
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使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现；重视结构的建造而不重视结构的维护。实际上，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，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计，从材料、结构措施及设计程序上保证耐久性，并明确声明在何种维护和使用条件下，桥梁具有哪种程度的耐久性。这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、桥梁结构使用性能差、使用寿命短的不良后果；所以国际桥梁结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的问题。
1.桥梁安全性、耐久性问题探讨
随着时代经济的高度发展，人类所建造的各种大型桥梁结构规模巨大、结构复杂，功能众多，国际上称之为“超级工程”。
这些工程的特点是：投资巨大，技术复杂，环境影响严重，袭击破坏几率增大（风、浪、地震、海啸、船撞、破坏等等）和维修、养护、加固难度大。因而过去只限于设计、施工质量的单一层面上去寻求结构的安全性就不够了。
从20世纪70年代后，国内外专家在分析研究、认真总结经验教训的基础上，除强调桥梁设计和建造时期的安全性、耐久性、整体牢固性的要求外，逐步讨论了在使用期间的检测、维修、加固的新技术，对不同桥梁工程结构物的灾害和可接受的危险水平和评估进行了深入研究，提出了耐久性设计的概念。结构耐久性设计所要解决的问题也就是经济、合理的使用年限问题，即桥梁结构寿命期问题。基于解决够耐久性设计的新设计理念认为桥梁耐久性的保证是需要桥梁设计、施工、运营和维护各个阶段共同努力的结果。
新建一座桥梁结构时，在设计和建造阶段，应该特别注意到所有与耐久性有关的问题，比如材料的选择、施工的方便与否、使用和维护、功能过时、寿命期费用等，就耐久性要求与业主充分协商，根据业主的要求确定桥梁及其构件的设计使用寿命，确定设计方案（荷载、结构等），指定或选择材料、构件和组件和施工方案，设计和施工方法选取的依据基点不能离开投资成本的经济效益问题。但同时考虑到一座大型桥梁结构物要服务100年，试想近代的科学、经济的高速发展，这100年对桥梁结构而言，内、外因变化很大，特别是外因，试问结构功能如何适应变化而改变或增强它的服务功能。推论：如桥梁结构物的设计寿命期为100年，预测百年的使用要求，定出各个标准进行设计，这很难实现。然而，工程师能使桥梁结构物适应各种变化，采取各种措施使桥梁结构获得更强大的"体能"为交通服务。
为解决这一问题，在设计和建造阶段就要挑战传统设计理念，对设计工程师要求对桥梁设计时应使结构具有六大特性，即可检性,可修性，可换性,可强性,可控性及可持续性。
工程师必须清醒承认整体桥梁结构的寿命和各部件的寿命是不等的，如橡胶支座寿命不超过20年，拉索的寿命仅10～40年，拉索的护套寿命不超过20年，钢结构的油漆保护最优为20年等等。只有对这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件在构造上保证可查、可修、可换、可加强，对结构在外因剧变情况下，桥梁结构的变形要在构造上"可控"，才能够在运营阶段对桥梁进行维修、加固等措施，从而保证结构的耐久性。如金门大桥在90年代加固时，在塔梁交接处增设了油泵阻尼系统。设计施工阶段的耐久性设计要兼顾桥梁的寿命期成本和结构特性要求，它是桥梁耐久性的基础。在桥梁运营、维护阶段，对桥梁定期进行检测与评估，从而对桥梁进行加固和维修，可进一步保证桥梁的耐久性。要充分认识到结构在设计寿命期内各个组成部件具有不同的耐久性极限，需要经常维修，甚至更换或坚固，才能保证结构在设计寿命期内的服务功能。因为结构安全与使用并非在建成后，在法定的设计寿命期内"一劳永逸"了，而还需要定期检测、评价、鉴定、养护、修理、更换、加固等等管理才能获得保证。
欧美一些发达国家桥梁发展经验表明，如果在桥梁设计和建造初期不很好考虑桥梁的安全与耐久性，桥梁在以后的运营和维护中将会有更多的麻烦产生。指出，特别是撒盐水除冰的桥梁钢筋锈蚀和冻融破坏非常严重。如果对这样的桥梁（长度至少5米）进行修复或更新，其每平方米费用高达900美元，花费远比造价高，且预后趋势很不乐观。美国1992年桥梁维修费用非常之高，为当年新桥梁建设投资的4倍。英格兰中环线11座高架桥，使用12年就严重破坏，维修费用已高达1.2亿英镑,为当年桥梁总造价的6倍。在我国，也出现许多因耐久性不够而过早报废的桥梁如北京西直门立交桥使用仅19年，就因严重剥蚀和钢筋锈蚀等原因不得已欲1999年报废重建。据有关专家预测，我国"大干"基础设施工程的高潮还可延续20年，如果忽视耐久性问题，桥梁建成后运营时，其用于维修的费用将数倍于当初这些工程建设时的投资。为加速公路、桥梁等基础设施的建设，国家现在鼓励投资公司出资并以一定期限如30年经营收入作为补偿。如果不实施提高桥梁耐久性措施的规范和对其进行定期检测与评估的法规，那些设计工作寿命100年的桥梁，很可能30年到期后国家接受的将是破旧待拆的工程。
2.提高桥梁安全性和耐久性有两个基本的措施：
一是要不断健全规章、规程、制度和建立科学的管理体系，确保桥梁工程的质量，质量是结构安全与耐久的基本的要求；二是应该大力开展保障结构安全与耐久性设计新理念的研究。桥梁结构各部件寿命不同，寿命期内各结构功能的保证，必须从设计、施工、材料、检测、维修、加固整个过程来考虑。要认真审视结构的概念设计名誉构造设计，保障结构在生命期内的可检性、可换性、可修性、可控性、可强性和可持续性等。除了这两个基本措施之外，进行桥梁风险评估也是一个重要的措施。桥梁风险评估是桥梁新设计理念中的关键技术，它要求设计者要认识到桥梁在其生命过程中每时每刻都面临着风险。风险可通过一定的措施来减少，但却无法根除。作为交通枢纽和生命线工程的桥梁在国民经济发展和人民生活中具有重要战略意义，如果没有风险评估，一旦桥梁在意外事故或自然灾害中破坏，将会造成巨大的经济损失和严重的后果。桥梁的风险评价，依时间顺序主要分为桥梁可行性研究风险评价、设计风险评价、施工风险评价和桥梁运营风险评价等几类。在桥梁可行性论证阶段，桥梁面临着投资成本与回报比率的风险评价。设计是整个桥梁建设过程中技术含量最高、难度最大、最为关键的环节。设计方法和理论的选取将直接关系高桥梁的建造、寿命、安全性和耐久性，我们需要对设计阶段采用和参考的各种设计规范的水平和可用程度进行评价，对一些重要的设计参数进行风险评价。如对设计使用寿命超过100年以上重要桥梁工程，从大桥全生命周期的综合造价考虑，应该使设计、施工、运营、维护、维修乃至拆除的综合费用最低。桥梁在施工阶段也是存在许多风险。对一些超大跨径，过去我们基于一般桥梁工程建设经验建立起来的设计规范是否适用？这些都是我们应该认真研究的问题。施工阶段面临不确定因素太多，这种阶段的风险评价将会是整个桥梁风险分析和研究的重点。还有，桥梁运营阶段将面临着地震、台风等自然灾害造成的风险，还存在着超载、交通事故等人为风险，这些都需要我们在建桥之前做出全面的风险评价。为减少桥梁事故发生的概率，我们在规划、设计、施工阶段都需要全面地进行风险评价，认识到这些风险和这些风险可能产生的后果。业主也可根据自己的接受能力来选择能够承受的风险和头水平，从而确定合适的设计标准和施工技术。
3.结语
桥梁存在的主要问题是结构正常使用性能差，指与设计期望相比，可归结为适用性能差，包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等、耐久性和安全性差，包括使用寿命短、维护费用高、安全事故较频繁等。这些问题的产生固然与目前国内施工质量和管理水平较低有关，但平心而论，既然这种现状不能在短期内得到解决，那么作为工程设计人员就应该在正视这一问题的前提，充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平，采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁使用性能的达到，这才是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题很多与结构体系或使用材料选择不合理及结构细节处理不当有关。
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