道路橋梁設計中存在安全風險與有效優化措施

山東工業技術 / 2018年09月22日 11:58

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陳娜

摘 要:隨著我國經濟水平和人民生活水平的不斷提高,交通運輸業的高速發展對道路橋梁的性能提出了越來越高的需求。道路橋梁設計是確保道路橋梁耐用性和安全性的重要環節,因此需要對道路橋梁設計的質量嚴格把關。本文將對道路橋梁設計中存在的安全風險及有效優化措施進行研究,希望對其他從業人員有所幫助和借鑒。

關鍵詞:道路橋梁;施工設計;安全風險;優化措施

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.121

0 引言

道路橋梁是交通運輸的基礎,對促進經濟發展、改善人民生活質量具有重要意義。近年來,隨著交通運輸業的不斷發展,交通流量不斷增大,同時重型、大型載重車輛不斷出現,對道路橋梁的性能要求越來越高,為了確保道路橋梁的耐久性和安全性,必須對設計質量進行嚴格把關,特別是設計中存在的安全風險,必須引起設計者的重視,同時積極采取有效的優化措施,使道路橋梁更好地為人民生活和社會經濟發展服務。

1 道路橋梁設計中存在的安全隱患

1.1 設計目標導致的安全風險

道路橋梁設計前需要對設計目標進行充分和科學的論證,如道路橋梁的最大承載能力、抗震性、車輛運行引起的震動等參數。但是這些參數很可能與實際情況不符,如道路橋梁通行后,通行車輛的最大重量遠遠超過預想值,或發生泥石流、地震、臺風等自然災害的嚴重程度超過預想狀況。以較低的設計目標進行道路橋梁設計,使道路橋梁的耐用性和安全性在最初階段就出現了安全風險。

1.2 道路橋梁周邊環境因素導致的設計安全風險

道路橋梁設計需要充分結合所在地區的地質狀況和環境因素。因為道路橋梁涉及的區域較大,很難進行全面的地質檢測,導致個別地點的地質狀況與設計所用的數據存在差異,地層構造不穩定或抗壓、抗剪能力較差等,如果不能及時發現和解決,很容易導致橋墩、路面等出現沉降,從而對整體的安全性和耐用性造成影響。此外當地的降水強度與風力比預想值大很多時,也容易使道路橋梁的性能受到影響。此外高溫導致的道路橋梁出現熱脹冷縮現象,如果熱脹冷縮值超過設計值也會導致道路橋梁的內部出現應力,可能引起變形、損壞等情況。

1.3 設計過程和管理導致的安全風險

因為各種原因,現階段我國的道路橋梁設計質量較發達國家落后不少,設計單位的構建方面良莠不齊,不少設計單位的設計人員的專業知識水平和設計經驗都明顯不足,同時設計管理制度也較為落后。一些設計人員對一些設計因素考慮不周,如交通環境、熱脹冷縮與風力等因素,導致道路橋梁在設計中存在較大的安全風險。此外因為不能正確使用設計軟件或設計原理應用錯誤,也會導致安全隱患,如橋梁的結構分布不合理,支座、橋墩等受力較大,且橋梁在彎矩較大處的結構性能不能滿足要求,在使用中會出現變形或損壞;或對道路橋梁的抗震性能設計不達標,很容易在出現自然災害時支座系統出現位移或變形,導致整個道路橋梁的穩定性受到影響。

隨著道路橋梁設計規范的不斷完善,設計人員對規范的掌握十分牢靠,但是很多設計人員對安全隱患的認識不足,在設計中機械地套用國家標準與規范,雖然道路橋梁的結構強度計算滿足了規范的要求,但是很多橋梁最初5-10年使用期間完全滿足要求,之后就會出現各種問題,使橋梁的耐久性和安全性受到嚴重影響。主要原因在于設計時沒有充分考慮道路橋梁的結構構造、建造材料等在使用中出現老化、疲勞等因素導致的性能下降,同時在道路橋梁施工、橋梁使用和維護過程中也會出現不少人為錯誤,都會對道路橋梁的安全性和耐久性造成影響。

當前的道路橋梁設計過程中,對設計人員的要求越來越高,不僅要求滿足力學性能,還要有效控制成本,同時實現美觀、新穎、環保等設計要求,此外設計周期也很緊張,對方案的論證和優化過程流于形式,很容易導致設計環節的錯誤不能被發現和改正,導致投入使用后出現安全風險。一些設計人員抄襲其它設計方案,生搬硬套導致道路橋梁在當前的環境和工況下性能難以滿足要求,產生較大的安全風險。

1.4 創新導致的安全風險

當前,道路橋梁的設計不斷推陳出新,新的結構形式、新材料的應用等都使道路橋梁的設計面臨了較大的挑戰。新的結構形式很容易使設計人員因經驗不足出現設計錯誤,而新材料的耐久性和穩定性也有待時間的考驗,一些特定條件下的缺陷不能及時被發現,很容易導致安全風險。

2 加強道路橋梁安全系數的設計優化措施

2.1 設計目標的科學性

道路橋梁作為車輛行駛時的承載結構,在設計之前必須采用科學的方式確定設計目標。對于最大承載能力,需要以發展的眼光進行分析,結合城市的未來發展規劃和交通規劃,科學預測運輸車輛的類型和數量,從而確定最大道路橋梁的最大承載能力。同時應考慮在道路橋梁使用后在關鍵路口等位置布置限高、限重等提示,避免超高、超重車輛對道路橋梁的破壞。對于抗震、抗風、抗洪等能力,應充分結合本地的地震、風暴、洪水等歷史,同時以類似地區的情況作為參考,確定道路橋梁的抗震、抗風、抗洪等目標。

2.2 加強對地質狀況和周邊環境的詳細了解

設計前加強對道路橋梁所在區域的地質狀況和周邊環境充分了解,有助于針對不同的地質狀況采取不同的地質補強措施,同時避開一些易出現地面沉降的區域,確保道路橋梁的耐久性和安全性,道路、橋梁的平整性也使駕駛體驗得到極大改善。同時合理利用當地環境進行施工,能夠極大的降低施工成本。因此設計單位必須安排專業的人員對道路橋梁的施工區域進行現場勘查,全面了解道路橋梁建造區域的地質參數,特別是對地質病害問題予以關注。同時將數據詳細、真實錄入,以便進行分析和計算,充分保證道路橋梁的安全性和耐久性。

2.3 設計方法的準確性

在確定道路橋梁的設計目標及了解所在區域的地質狀況和環境狀況后,設計人員應充分利用地質狀況,對橋梁的構成形式,道路橋梁的構件分布及構件規格等進行充分地設計及優化,加強橋梁五大部件、五大小件的設計處理,強度不滿足要求時需采取加固措施。橋墩等重要支撐結構,有時會設置在水域中,設計人員應充分考慮沉降等情況,提供支護體系提高穩定性,此外為減少水流的沖擊作用,應結合水流的方向和速度,設置合理的外形減少水流的侵蝕。對于道路橋梁所在地區溫差較大的,應格外關注反復熱脹冷縮對道路橋梁的影響。

道路橋梁在使用過程中在車輛的作用下,承受著車輛載荷和風載荷等,這些動載荷引起的振動,使橋梁構建內部出現循環變化的應力,在這些內應力的長期作用下,構件不可避免地出現疲勞,構件容易出現微小的損傷,逐漸發展為明顯的裂紋等缺陷,構件的力學性能降低后,在原有載荷的作用下,會導致構件的變形或斷裂,局部構件的變

形或損害又會導致周邊結構的力學工況發生改變,從而產生連鎖反應引發更嚴重的變形或損壞,產生安全風險甚至引起嚴重的事故。近年來我國的科研機構對金屬和混凝土的結構的疲勞進行了大量的研究,疲勞問題有所改善,但是鋼筋混凝土結構在使用期間容易受到腐蝕作用,因此其動態性能和疲勞性能還需要進一步研究和完善。

為了提高設計的準確性,設計人員除了對相關規范和標準充分了解外,還需要結合道路橋梁的結構構造、建造材料等特性,充分考慮道路橋梁在使用中出現老化、疲勞等因素及使用不當、維護不當等問題,確保在使用期限內盡可能保持安全性和耐用性。對于類似方案的借鑒,應充分對受力狀況和實際地質狀況、周邊環境等進行論證和改進。

為了提高道路橋梁設計的準確性,設計單位除了通過對設計人員嚴格把關及加強培訓、交流提高設計人員專業水平外,還應注重先進設計軟件的引進和使用。通過先進的設計軟件結合地質狀況、地形地貌等充分確保道路橋梁構件參數的準確性,此外通過力學分析軟件對道路橋梁的使用工況進行模擬和分析,確定各部分的最大應力及變形情況,并有針對性地通過增加受力結構、加大構件尺寸、改進構件材質等方式進行補強和加固。

同時,設計單位應組織專業、經驗豐富的人員對設計方案進行初審和終審,對圖紙的結構布局、參數指標、建造范圍及使用性能等進行充分論證,確保其性能滿足設計要求,并對設計中的問題及時進行改進。

2.4 正確對待設計創新

不斷創新和改進是道路橋梁的設計工作的必然趨勢,新的外型、新的構件布置形式、新材料的應用等創新在道路橋梁設計中會越來越多,對于新的外形和構件分布,應采用先進的力學分析軟件進行充分模擬和計算,同時為了避免出現未考慮因素,應適當增加安全系數。對于新材料的使用,新材料的性能應根據使用工況進行充分地試驗和研究??傊?,創新必須以保證安全性和耐用性為基礎。

3 結語

道路橋梁作為交通運輸的基礎,安全、耐用的道路橋梁對確保交通運輸的正常運轉十分重要。設計作為確保道路橋梁性能的核心工作之一,必須對設計中存在的安全風險予以重視,及時發現各種設計安全隱患并予以有效的優化措施,確保道路橋梁的安全性和耐用性得到最大的發揮。

參考文獻:

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[2]李志鵬.道路橋梁設計中存在的關鍵問題探討[J].山西建筑,2014(16):213-214.

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