公路桥梁设计的安全性和耐久性研究

公路桥梁设计的安全性和耐久性研究

卢金马

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉，430000）

摘要：在日益增多的公路桥梁工程中，社会各界尤为关注桥梁安全性、耐久性，因此，建设单位需要加强对桥梁工程设计，提高设计水平，保障桥梁建设质量。本文主要从车辆荷载计算、抗震设计、结构形式选择、结构材料质量要求以及具体构造设计几个方面展开讨论和研究，致力于提高公路桥梁设计的安全可靠性、延长公路桥梁使用寿命，进而推动我国公路桥梁建设。

关键词：公路桥梁建设；设计方法；安全性；耐久性

引言：城市化建设与发展，使得交通运输设施建造项目日益增多，对其建设质量与水平提出更高要求。其中公路桥梁工程建设质量直接影响交通运输质量，在实际建设过程中，对工程项目设计人员提出更多要求，必须高度重视公路桥梁设计工作，从各个方面入手，提高公路桥梁使用耐久性，增强安全可靠性，确保公路桥梁建设后，可以达到设计要求，满足社会生产生活发展需求。

一、车辆荷载的科学计算

对于安全性设计，首要任务就是准确计算桥梁结构承受的荷载能力。公路桥梁工程建设后投入使用，受到的主要荷载就是车辆荷载，是一种可变荷载，所以车辆荷载取值大小直接影响公路桥梁安全性。就目前情况看，有关设计规范中已经规定了车辆荷载标准值，可实际上，由于社会经济快速发展，各大城市的交通运输模式特点日益变化，导致交通量迅猛增长，尤其是重型车辆的增多，极易引发桥梁垮塌事故。对此，为提高公路桥梁安全性，不仅要加强管理，还需要科学合理计算出车辆荷载大小[1]，以此为依据设计桥梁荷载。在具体设计计算中，设计人员应当从不同交通状况出发，针对各个车道类型车辆荷载建立对应的概率模型，此外，对于不同跨径公路桥梁的车辆荷载敏感性计算，需要全面考量跨径影响的车辆荷载分项系数计算公式，进而明确公路桥梁车辆横向、纵向随机分布特点，计算得到多车道荷载横向折减系数，进而在后续建设设计中，保证多车道桥梁构件可靠指标一致，保证公路桥梁车辆荷载计算科学合理，达到保证桥梁安全性目的。

二、重点加强抗震设计

设计人员应当先明确桥梁工程抗震设防等级、具体分类以及设防目标，而后参照抗震设计要求，结合桥梁工程实际情况构建抗震设计体系，其中需要涵盖减隔震结构设计、抗震结构设计以及其他结构控制设计。在此基础上，结合各个部位可能存在的震害开展针对性构造设计，并做好细节处理。

分析桥梁上部结构可知，经常出现一些移位，但若是移位严重，极有可能引发落梁情况，一旦撞击下部结构必然会带来二次伤害，因此，设计人员应当加强防落梁设计，比如，合理增大墩台支撑面宽度，确保桥梁上部结构移位在防落梁允许范围内；通过安装相关约束装置，如混凝土挡块等，也可以起到限制桥梁上部结构移动的效果；为更好限制桥梁上部结构移动，要注重与相邻桥墩之间协调好高度差，防止出现跨动力特性差异性较大的情况[2]。

而对于桥梁下部结构而言，为提高抗震设计效果，需要重点关注墩台、基础部分。比如，在墩台抗震设计中，设计人员需要明确的是，弯曲破坏、剪切破坏是目前桥梁墩台主要破坏形式，其中弯曲破坏属于延性破坏，而剪切破坏则属于脆性破坏，对比这两种不同的破坏形式可以发现，剪切破坏带来的后果更加严重，因此，设计人员应当重点关注桥梁结构延性设计。结合过往公路桥梁工程建设经验，大部分桥梁墩柱震害的产生与钢筋构造不合理存在直接关联，针对此，设计人员在设置箍筋时，需要参考桥墩截面与受力变化，确保主筋分布数量、连接强度、钢筋锚固长度等方面，达到桥梁抗震要求，进而提高桥墩抗震能力。除此之外，为提高桥梁抗震能力，还可以在设计中运用减隔震技术，合理选择减隔震装置，切实发挥隔震作用，使得桥梁整体抗震性能得到有效提升。

三、科学选择结构形式

按照承载结构划分，公路桥梁结构形式可以划分为组合式桥、梁式桥、钢架桥、悬索桥、拱式桥等。在实际建设过程中，应当结合工程项目建设的情况，科学合理选择不同的结构形式，确保符合地区情况，达到安全性、耐久性要求。

设计人员应当明确各个类型桥梁的实际应用范围，提高桥梁建设安全性。第一，钢架桥包含了梁式桥跨结构、墩台，二者通过整体相连组成，其梁柱节点为钢结构。第二，梁式桥结构还可以细化分多种类型桥梁结构，其中对于小跨度桥梁，可以选择简支梁式桥结构形式；而大跨度桥梁，更加适用于连续梁式桥结构；而悬臂梁式桥由于是奇数跨布置方式，需要挂孔跨与悬臂跨交替使用。第三，分析可知，桥梁投入使用后，由于受到竖向荷载作用，拱式桥结构的两拱脚位置会出现竖向反力以及水平推力，因此，如果选用拱式桥结构，设计人员必须全面深入的勘察现场地质条件[3]，确保地质、地基条件符合此结构桥梁建设要求。第四，而在悬索桥中，是由吊索、锚旋、索鞍、桥塔、主缆索、加劲梁等部分组成，作为主要承重构件，必须确保主缆索承载能力达到设计要求，为此，设计人员在设计中，应当结合桥面标高、主缆索垂跨比计算出桥塔高度。第五，在一些大跨度吊桥建设中，通常会优先选择平行丝束钢缆，多数大跨度悬索桥的加劲梁，基本都是钢结构，相比之下，预应力混凝土加劲梁往往只应用在低于500m的悬索桥中，主要以箱型梁为主。

四、结构材料质量要求

公路桥梁工程建设中，除了上述几方面内容之外，桥梁所处工作环境也会影响其耐久性、安全性。对此，为提高桥梁耐久性设计水平，工作人员必须先合理划分环境类型，结合桥梁在环境中的作用，以及受到各类环境因素的影响。合理选择桥梁结构材料，确保达到规定的承载能力、耐久性要求。

首先，如果环境类别和作用等级定义为I-A，且混凝土结构桥梁设计使用年限100年，在实际建设过程中，应当选择混凝土强度等级至少为C30；若设计使用年限50年，则混凝土最低强度等级也不能低于C25；预应力混凝土构件的混凝土强度等级不能低于C40。其次，钢材作为桥梁主要结构材料，也要合理选择，如果选用6mm的细直径热轧钢筋，作为受力主筋使用时，应当保证环境条件达到要求；而冷加工处理的钢筋，不能作为受力主筋、预应力筋使用；当直径低于6mm时，钢筋只能应用在I-A、I-B等级的环境中。与此同时，设计使用年限不能超过50年，需要注意的是，如果为同一构件中的受力钢筋，应当保证材质相同，进而提高受力稳定性[4]。

结束语：

总之，现代社会经济飞速发展，对公路桥梁等交通基础设施建设提出更高要求，作为人们社会生产生活有序进行的重要枢纽，公路桥梁为城市间货物运输以及人们出行提供支持，有必要加大力度关注公路桥梁设计，提高其耐久性、安全性水平。

参考文献：

[1]胡启荣，孙建国.公路桥梁设计中的安全性及桥梁耐久性的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2018（13）：121.

[2]熊倚奇，李赛.基于公路桥梁设计中耐久性和安全性的分析[J].交通建设与管理，2021（02）：96-97.

[3]王勇.浅析公路桥梁设计中的安全性和桥梁耐久性研究[J].四川水泥，2021（01）：262-263.

[4]赵耿.公路桥梁设计中的安全性及桥梁耐久性的分析探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2019（02）：124.