橋梁具體的設(shè)計(jì)過程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進(jìn)行。前者是控制結(jié)構(gòu)在喪失服務(wù)能力臨界狀態(tài)時(shí)的承載能力、設(shè)計(jì)的基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值,必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)值。利用荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)來考慮不確定因素作用下的結(jié)構(gòu)總體的安全儲備,是一個(gè)半概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法??梢哉J(rèn)為是對安全性要求的保證。后者控制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)時(shí)應(yīng)力、裂縫和變形小于一定的限值,對應(yīng)于適用性的要求。
暫且不論這些控制方程和計(jì)算理論是否完全合理,它們至少從定性和定量的形式上保證了安全性和適用性兩項(xiàng)要求,而對于經(jīng)濟(jì)、美觀的要求則沒有具體的指標(biāo)進(jìn)行衡量。當(dāng)然,在方案設(shè)計(jì)和評審階段會考慮到經(jīng)濟(jì)和美觀的要求(中小橋梁主要關(guān)注經(jīng)濟(jì)性,而大型和特大型橋梁對美觀問題越來越重視);但需要指出的是該階段對經(jīng)濟(jì)性的評估往往是只注重考慮建設(shè)成本,而對于后期的養(yǎng)護(hù)、維修等的長期綜合成本缺乏考慮,因此這種評估經(jīng)常是比較片面的。
現(xiàn)在,國內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,有這樣的傾向:設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少;重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài),而結(jié)構(gòu)在整個(gè)生命周期中最重要的卻恰恰是使用時(shí)的性能表現(xiàn);重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護(hù)。實(shí)際上,目前的橋梁設(shè)計(jì)中,對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注,既沒有明確提出使用年限的要求,也沒有進(jìn)行專門的耐久性設(shè)計(jì)(從材料、結(jié)構(gòu)措施及設(shè)計(jì)程序上上保證耐久性,并明確聲明在何種維護(hù)和使用條件下,橋梁具有哪種程度的耐久性)。這些傾向在一定程度上導(dǎo)致了當(dāng)前工程事故頻發(fā)、結(jié)構(gòu)使用性能差、使用壽命短的不良后果;也與國際結(jié)構(gòu)工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背;也不符合結(jié)構(gòu)動態(tài)和綜合經(jīng)濟(jì)性(考慮結(jié)構(gòu)建設(shè)、使用、維護(hù)等整個(gè)周期的費(fèi)用)的要求。
一、橋梁安全性、耐久性差的主要原因
1、施工和管理水平低
國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌,已使工程界對橋梁安全性問題倍加關(guān)注。一般的看法認(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌,多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,典型的問題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等;也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問題,更是對橋梁安全造成致命的損害。
2、設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善
在承認(rèn)施工存在問題的同時(shí),也不可否認(rèn),在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域,特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì),并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。
許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,冗余性??;有的計(jì)算圖式和受力路線不明確,造成局部受力過大;有的混凝土強(qiáng)度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄;這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性,會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。
不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對象都會對結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細(xì)也不能包羅本應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問題、規(guī)范更新得再快也適應(yīng)不了新認(rèn)識、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對結(jié)構(gòu)提出的各種新的要求。因此,合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外,還要求設(shè)計(jì)人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。
橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題,要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法,除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外,要從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)。同時(shí)需要研究疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。