具體的設計過(guò)程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行。前者是控制結構在喪失服務(wù)能力臨界狀態(tài)時(shí)的承載能力、設計的基本原則是要求荷載效應不利組合的設計值，必須小于或等于結構抗力的設計值。利用荷載安全系數、材料安全系數及工作條件系數來(lái)考慮不確定因素作用下的結構總體的安全儲備，是一個(gè)半概率的極限狀態(tài)設計法�？梢哉J為是對安全性要求的保證。后者控制結構在正常使用狀態(tài)時(shí)應力、裂縫和變形小于一定的限值，對應于適用性的要求。

　　暫且不論這些控制方程和計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?xún)身椧�求，而對于�?jīng)濟、美觀(guān)的要求則沒(méi)有具體的指標進(jìn)行衡量。當然，在方案設計和評審階段會(huì )考慮到經(jīng)濟和美觀(guān)的要求（中小橋梁主要關(guān)注經(jīng)濟性，而大型和特大型橋梁對美觀(guān)問(wèn)題越來(lái)越重視）；但需要指出的是該階段對經(jīng)濟性的評估往往是只注重考慮建設成本，而對于后期的養護、維修等的長(cháng)期綜合成本缺乏考慮，因此這種評估經(jīng)常是比較片面的。一個(gè)典型的例子是斜拉橋的換索問(wèn)題。由于目前技術(shù)水平的限制，斜拉橋拉索的平均使用壽命在20年到30年之間，也就是在其服役期期間至少要進(jìn)行一次換索，如果考慮到后期換索的巨大投入，那么在跨度1000米以下的橋型競爭中，懸索橋與斜拉橋在經(jīng)濟性方面的差距將大大減小。

　　現在，國內的結構設計過(guò)程中，有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結構在整個(gè)生命周期中最重要的卻恰恰是使用時(shí)的性能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實(shí)際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注，既沒(méi)有明確提出使用年限的要求，也沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的耐久性設計（從材料、結構措施及設計程序上上保證耐久性，并明確聲明在何種維護和使用條件下，橋梁具有哪種程度的耐久性）。這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發(fā)、結構使用性能差、使用壽命短的不良后果；也與國際結構工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背；也不符合結構動(dòng)態(tài)和綜合經(jīng)濟性（考慮結構建設、使用、維護等整個(gè)周期的費用）的要求。

　　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(wèn)題倍加關(guān)注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒(méi)有達到規范和設計要求，典型的問(wèn)題包括材料強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、以次充好等嚴重的管理問(wèn)題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

　　而大量的橋梁在遠沒(méi)有達到預期使用壽命時(shí)，出現了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現嚴重的耐久性不足的問(wèn)題，這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，典型的問(wèn)題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現場(chǎng)的嚴重的構件開(kāi)裂問(wèn)題（主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養護不當及預應力施加不合理等）。這些施工上的缺陷雖然短期不會(huì )對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會(huì )對結構的長(cháng)期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。

　　2）設計理論和結構構造體系不夠完善

　　在承認施工存在問(wèn)題的同時(shí)，也不可否認，在橋梁設計領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題還有許多可以改進(jìn)的地方。結構設計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。

　　許多設計人員往往只滿(mǎn)足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，冗余性��；有的計算圖式和受力路線(xiàn)不明確，造成局部受力過(guò)大；有的混凝土強度等級過(guò)低、保護層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細、構件截面過(guò)��；這些都削弱了結構耐久性，會(huì )嚴重影響結構的安全性。不少橋梁、雖然滿(mǎn)足了設計規范的強度要求，僅用了5～10年就因為耐久性出了問(wèn)題影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實(shí)的一個(gè)安全問(wèn)題，設計時(shí)要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性。

　　不同的環(huán)境和使用條件、不同的設計對象都會(huì )對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規范再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問(wèn)題、規范更新得再快也適應不了新認識、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對結構提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結構設計除了滿(mǎn)足規范的要求外，還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經(jīng)驗和準確的判斷。

　　需要改進(jìn)和努力的方向

　　1）應該更加重視結構的耐久性問(wèn)題

　　橋梁在建造和使用過(guò)程中，一定會(huì )受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車(chē)輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來(lái)作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì )不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領(lǐng)域，國內從上世紀80年代以來(lái)，修建了大量的斜拉橋；雖然迄今為止出現倒塌或嚴重損害的例子很少，但已經(jīng)有多座橋梁因為拉索的耐久性問(wèn)題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟損失。

　　需要指出的是，很多這類(lèi)問(wèn)題與沒(méi)有進(jìn)行合理的耐久性設計有關(guān)，這也促使人們重新認識橋梁的耐久性問(wèn)題。大量的病害實(shí)例也證明，除了施工和材料方面的原因，影響結構耐久性的決定性因素是來(lái)自構造上（也即設計上）的缺陷。

　　國內從上世紀90年代開(kāi)始重視了對結構耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統計分析的角度進(jìn)行的，對如何從結構和設計的角度及如何以設計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(cháng)期以來(lái)，人們一直偏重于結構計算方法的研究，卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關(guān)注。結構的耐久性設計與常規的結構設計有著(zhù)本質(zhì)的區別，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。

　　國外的橋梁設計有鑒于耐久性不足導致的嚴重損失，近年來(lái)十分重視提高結構物的耐久性并將其作為重要的設計原則，統一考慮合理的結構布局和構造細節，強調使結構易于檢查、維修，以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費用，取得了較好的綜合經(jīng)濟效益。實(shí)際上，國內外的研究和實(shí)踐都表明，結構耐久性對于橋梁的安全運營(yíng)和經(jīng)濟性起著(zhù)決定性作用。

　　2）重視對疲勞損傷的研究

　　橋梁結構所承受的車(chē)輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載，會(huì )在結構內產(chǎn)生循環(huán)變化的應力，不但會(huì )引起結構的振動(dòng)，還會(huì )引起結構的累積疲勞損傷。

　　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(guān)裂紋。如果宏觀(guān)裂紋不得到有效控制，極有可能會(huì )引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來(lái)的后果往往是災難性的。

　　疲勞損傷過(guò)去一直被認為是鋼橋設計中的核心問(wèn)題，由鋼結構疲勞引起的鋼材開(kāi)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)入混凝土結構，但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能的研究還需加強。

　　對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個(gè)結構而言，事實(shí)上橋梁結構常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導致整個(gè)結構的失效，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(chē)超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負載運營(yíng)；其二是橋梁通行的車(chē)流量超過(guò)原設計；另一種是車(chē)輛違規超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設計荷載的變化和交通量的增加；后者是車(chē)輛使用者違法超載營(yíng)運，后兩種超載現象在我國公路運輸中較為普遍。

　　橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問(wèn)題。超載會(huì )使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，甚至會(huì )出現一些超載引發(fā)的結構破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，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為具有足夠的耐久性，但在汽車(chē)超載作用下，可能發(fā)生開(kāi)裂；裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合，但由于混凝土結構內部已經(jīng)受到損傷，構件的開(kāi)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(kāi)裂的結構產(chǎn)生裂縫或本來(lái)較小的裂縫成為超出規范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形。這些都會(huì )對結構長(cháng)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(mén)要加強管理外，也需要對超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究、分析。

　　4）積極借鑒國外的經(jīng)驗和成果

　　國內橋梁設計存在的主要問(wèn)題是結構正常使用性能差（指與設計期望相比，可歸結為適用性能差，包括橋梁的過(guò)大振動(dòng)、線(xiàn)形不平順、接頭跳車(chē)、結構開(kāi)裂和過(guò)大的變形等）、耐久性和安全性差（包括使用壽命短、維護費用高、安全事故較頻繁等）。這些問(wèn)題的產(chǎn)生固然與目前國內施工質(zhì)量和管理水平較低有關(guān)，但平心而論，既然這種現狀不能在短期內得到解決，那么作為工程設計人員就應該在正視這一問(wèn)題的前提，充分考慮到現階段的施工和管理水平和材料工藝水平，采用適當的安全度、適當的設計方法來(lái)保證橋梁使用性能的達到，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)題很多與結構體系或使用材料選擇不合理及結構細節處理不當有關(guān)。

　　在歐洲國家（如德國、丹麥等），非常重視對結構物進(jìn)行性能設計（即PBD，PerformanceBasedDesign），內容包括結構的變形、裂縫、振動(dòng)、強健性、美觀(guān)、耐久性能、疲勞性等。PBD研究主要是為了使結構在運營(yíng)過(guò)程中除了保證最低的安全性要求外，尚應有良好的使用性能（包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀(guān)等）。就其本質(zhì)而言，歐洲國家的PBD理論，主要研究結構在使用過(guò)程中表現出來(lái)的服務(wù)性能，分析使性能受到弱化的原因和其發(fā)生的機理、規律，尋求新的結構設計理念和方法。

　　從歐洲人的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，PBD似乎是對以耐久性為核心的結構使用性能指標的綜合考慮。這一點(diǎn)對國內工程界應該是有啟示的。目前國內的設計可視為靜態(tài)的設計，它只定義了設計建成時(shí)刻結構具有的工作能力和性能，而對營(yíng)運期間性能隨時(shí)間的劣化及其實(shí)際的性能表現缺乏足夠的認識和考慮；換言之，從經(jīng)濟性的角度講是只考慮了建造成本，而忽視了營(yíng)運期的維護成本和與使用壽命相對應的成本效益。

　　橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問(wèn)題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法，除了加強施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設計理念和結構體系和構造的角度做好耐久性的設計。同時(shí)需要研究疲勞和超載對于橋梁結構耐久性的影響