桥梁结构设计中的耐久性设计

桥梁结构设计中的耐久性设计

作者：张振华

来源：《科学与技术》2018年第13期

摘要：随着城市规模的不断扩大，城市布局错综复杂，为了是人们的出行更方便，城市中的桥梁建设越来越多，桥梁负荷越来越重，这就使得混凝土结构桥梁的耐久性大大降低。在目前的混凝土结构桥梁设计中还存在不少问题，这些严重影响了桥梁的使用寿命。因此，对混凝土结构桥梁耐久性设计进行研究，就显得十分有必要了。本文对桥梁结构设计中的耐久性设计进行了探讨。

关键词：桥梁结构设计；耐久性设计；措施

耐久性是桥梁工程结构设计的重要内容之一，其会受到设计问題和超载问题等因素影响。所以要保证桥梁工程结构设计整体质量，就应在优选结构设计材料的基础上，重视结构冗余设计和桥梁构造设计，确保可以增强其耐久性。

1桥梁结构耐久性的概念与重要作用

桥梁结构设计过程中必须考虑其结构耐久性，为了更有助于相关设计人员采用有效合理的设计方案来保证桥梁的耐久性要求，首先有必要对结构耐久性加以充分仔细的了解，完全掌握领会其含义要求，所谓结构耐久性，是指结构所具备的在有限的使用寿命和维护措施的前提下，针对外界荷载、环境变化以及材料等因素可能受到的各种力的作用，能够有效抵御恶劣影响的能力，而这种能力，无论对于提升桥梁的安全运行效率、经济营收效益，还是促进社会交通秩序发展、百姓日常出行的便利都具有着无比重要的作用，这不再是某个人或某个企业为追求经济利润所做出的工程业绩，而是国家的公共交通基础设施建设的巨大需要，所以其作用意义是深远的。

2影响桥梁耐久性的因素

2.1结构构造与设计体系存在缺陷

桥梁结构的耐久性设计是桥梁设计领域急需解决的一个重要问题。在实际操作过程中，桥梁工程设计人员很容易只重视桥梁结构强度，用结构强度满足工程安全性的需求，而忽视溺寸过程和施工过程中的人为错误，因为人为错误极易使结构耐久性降低。当桥梁工程计算标准不明确、设计标准较低、混凝土强度较低时，会给结构的耐久性带来一定的影响。与此同时，按照工程的使用条件和使用环境的不同，对体系的设计要求也有所不同。要保证桥梁结构具有较强的可靠性，设计过程中一定要严格依据设计规范进御蜀十，确保设计人员深刻了解桥梁结构的本性，仔细判断设计结构是否真正科学合理日。

2.2设计规范存有不足

桥梁工程要保证其具有良好的质量，必须有相关规定或规范进行指导。桥梁工程的建设过程中，一切工作都要按照相关规定开展，不能随意更改任何规范或标准，如果必须修改，一定要有明确的规定。和其他国家桥梁规程不同，我国很多桥梁工程的规范和规定都具有强制性的特点，且具有一定的法律效益。但建筑部门在管理过程中并没有让这些规范规程发挥应有的作用，一些跨海大桥工程，常常缺少对应的规范做指导，导致桥梁工程质量难以保证。

3桥梁结构设计中耐久性设计的措施

3.1施工材料的选择

在选择施工材料时，混凝土要选用低水化热、低C3A含量、偏低含碱量的水泥。混凝土的骨料宜选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及粒形，可以将适量引起作为常规手段，宜采用偏低的用水量并限制单方混凝土中水泥材料最低和最高用量，尽可能降低水泥材料中的硅酸盐水泥用量。

3.2桥梁上部结构细部设计

（1）桥面铺装的设计

在进行桥梁工程施工设计时，桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期损坏，进而破坏桥面防水系统，最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。

（2）桥面防水层的设计

在进行桥梁工程施工设计时，桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用防水混凝土进行防水。由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂后防水性能便大为下降。

（3）主梁的设计

在进行桥梁工程施工设计时，主梁是全桥的主要承力构件，一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析，重视程度很高，从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中，主梁（主要是箱梁）箱体内长期大量积水的现象时有发生，甚至积水灌满箱体的情况也有发生，极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是对于主梁细节设计的不到位，主梁排水构造设置不够完善，桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体，进而在箱体内不断积累，最终形成箱体内积水。

（4）伸缩缝的设计

在进行桥梁工程施工设计时，伸缩缝是桥面的重要组成部分，直接影响着桥梁的伸缩性、舒适性。由于对主梁收缩徐变考虑不足，经常出现的问题是型号选择不当，导致梁端或在最高温度时挤压损坏，或在最低温度时拉坏梁体。伸缩缝在保证梁体纵向伸缩的同时，也应重视防水设计。在很多设计中，采用直线式伸缩缝，这样做固然设计比较方便，但在桥梁两端的护栏处成为主要的漏水区域。因此，建议选用横向两端有翘头的伸缩缝，使得整个伸缩缝形成一个闭合良好的U型槽，可以有效避免桥面积水沿伸缩缝这个排水薄弱环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上。

3.3下部结构的细部设计

（1）分联墩盖梁的设计

在进行桥梁工程施工设计时，分联墩处由于上部结构设置伸缩缝，桥面水经常通过伸缩缝薄弱环节泄漏到分联墩盖梁上，尤其是采用除冰盐的地区，分联墩盖梁长期承受着腐蚀性除冰盐水的腐蚀。因此，分联墩盖梁顶面应该设置横坡以便排走桥面流下的水，并且要在盖梁保护层厚度方面重点考虑防腐蚀要求。另外，为了防止腐蚀性盐水顺墩身流下，避免对墩身和桩基产生不利的影响，设计中可在盖梁挑檐上设置滴水槽。

（2）桩顶的设计

在进行桥梁工程施工设计时，桥梁桩基安全直接决定着桥梁的整体安全，是桥梁设计的重中之重。桩基顶部与承台或墩身相连，受截面突变的影响，属于应力集中的部位。桥梁桩顶一般设计于地面线附近，受地面水、地下水、桥面排下的含除冰盐的冰水、地面土（尤其像盐渍土、土中有机质）等因素中的一种或几种的影响，经常处于干湿交替和腐蚀性环境，对于桩基顶部的钢筋混凝土耐久性产生较大的不利作用。因此，桩基尤其是桩顶的设计中必须要根据桩顶处的水位情况、土质情况合理判定环境等级，选择相应的耐久性设计标准，最终确定保护层厚度。

3.4重视结构冗余设计

在桥梁工程结构耐久性设计的过程中，需要高度重视冗余设计的重要性，这里所指的冗余设计实际上就是要适当地放大设计标准和限制，尽可能地将车辆超载等问题以及结构耐久性随时间衰退问题等考虑在内，提升桥梁工程结构耐久性设计的整体质量。比如，在桥梁工程结构进行设计的过程中，需要做好轴载谱调查工作，结合轴重核查桥梁设计荷载、车辆构成等实际情况，对车辆超载现象进行充分考虑，设计期间需要适当地增加桥梁结构的安全储备，使其可以承受未来更大荷载的可能性，这样可以更好地提升桥梁结构设计的耐久性，防范因为车辆超载等所造成的结构耐久性失衡问题。