??? 國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究,也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的,對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來(lái)改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且,長(zhǎng)期以來(lái),人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究,卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別,目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。
??? 國(guó)外的橋梁設(shè)計(jì)有鑒于耐久性不足導(dǎo)致的嚴(yán)重?fù)p失,近年來(lái)十分重視提高結(jié)構(gòu)物的耐久性并將其作為重要的設(shè)計(jì)原則,統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié),強(qiáng)調(diào)使結(jié)構(gòu)易于檢查、維修,以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費(fèi)用,取得了較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際上,國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐都表明,結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)于橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。
? 2)重視對(duì)疲勞損傷的研究 橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載,會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力,不但會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng),還會(huì)引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。 由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的,實(shí)際上存在許多微小的缺陷,在循環(huán)荷載作用下,這些微缺陷會(huì)逐漸發(fā)展、合并形成損傷,并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制,極有可能會(huì)引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測(cè)到,但其帶來(lái)的后果往往是災(zāi)難性的。
??? 疲勞損傷過(guò)去一直被認(rèn)為是鋼橋設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題,由鋼結(jié)構(gòu)疲勞引起的鋼材開裂案例較多,亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來(lái),疲勞損傷的研究已進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu),但對(duì)于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構(gòu)件的動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能的研究還需加強(qiáng)。
??? 對(duì)疲勞損傷的研究不僅僅指對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)而言,事實(shí)上橋梁結(jié)構(gòu)常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效,例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。
??? 3)充分重視橋梁的超載問(wèn)題
??? 汽車超載主要有三種情況:其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng);其二是橋梁通行的車流量超過(guò)原設(shè)計(jì);另一種是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加;后者是車輛使用者違法超載營(yíng)運(yùn),后兩種超載現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中較為普遍。 橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問(wèn)題。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇,甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面,由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù),將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化,從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。例如,混凝土橋梁一直被認(rèn)為具有足夠的耐久性,但在汽車超載作用下,可能發(fā)生開裂;裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合,但由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷,構(gòu)件的開裂彎距降低、剛度下降;于是在正常使用荷載作用下,本來(lái)不該開裂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或本來(lái)較小的裂縫成為超出規(guī)范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形。這些都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期的使用性能和耐久性產(chǎn)生不利的影響,因此除了交管部門要加強(qiáng)管理外,也需要對(duì)超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究、分析。
??? 4)積極借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和成果
??? 國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)正常使用性能差(指與設(shè)計(jì)期望相比,可歸結(jié)為適用性能差,包括橋梁的過(guò)大振動(dòng)、線形不平順、接頭跳車、結(jié)構(gòu)開裂和過(guò)大的變形等)、耐久性和安全性差(包括使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高、安全事故較頻繁等)。這些問(wèn)題的產(chǎn)生固然與目前國(guó)內(nèi)施工質(zhì)量和管理水平較低有關(guān),但平心而論,既然這種現(xiàn)狀不能在短期內(nèi)得到解決,那么作為工程設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該在正視這一問(wèn)題的前提,充分考慮到現(xiàn)階段的施工和管理水平和材料工藝水平,采用適當(dāng)?shù)陌踩?、適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來(lái)保證橋梁使用性能的達(dá)到,這才是更為主動(dòng)和有效的方法。特別是橋梁存在的耐久性和安全性問(wèn)題很多與結(jié)構(gòu)體系或使用材料選擇不合理及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有關(guān)。
??? 在歐洲國(guó)家(如德國(guó)、丹麥等),非常重視對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行性能設(shè)計(jì)(即PBD, Performance Based Design),內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動(dòng)、強(qiáng)健性、美觀、耐久性能、疲勞性等。PBD研究主要是為了使結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中除了保證最低的安全性要求外,尚應(yīng)有良好的使用性能(包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等)。就其本質(zhì)而言,歐洲國(guó)家的PBD理論,主要研究結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的服務(wù)性能,分析使性能受到弱化的原因和其發(fā)生的機(jī)理、規(guī)律,尋求新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法。
??? 從歐洲人的觀點(diǎn)來(lái)看,PBD似乎是對(duì)以耐久性為核心的結(jié)構(gòu)使用性能指標(biāo)的綜合考慮。這一點(diǎn)對(duì)國(guó)內(nèi)工程界應(yīng)該是有啟示的。目前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)可視為靜態(tài)的設(shè)計(jì),它只定義了設(shè)計(jì)建成時(shí)刻結(jié)構(gòu)具有的工作能力和性能,而對(duì)營(yíng)運(yùn)期間性能隨時(shí)間的劣化及其實(shí)際的性能表現(xiàn)缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和考慮;換言之,從經(jīng)濟(jì)性的角度講是只考慮了建造成本,而忽視了營(yíng)運(yùn)期的維護(hù)成本和與使用壽命相對(duì)應(yīng)的成本效益。
??? 橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問(wèn)題,要積極借鑒國(guó)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(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。