桥梁结构耐久性设计方法研究

桥梁结构耐久性设计方法研究

摘要：影响混凝土结构耐久性的因素很多，在工程实践中要不断进行总结，吸取经验教训，作为设计工作者应结合已有的设计经验和当地工程建设实践认真进行结构的耐久性设计。本文探讨了桥梁结构耐久性设计方法。

关键词：桥梁结构；耐久性；设计；原因；措施

中图分类号：k928.78 文献标识码：a 文章编号：

所谓耐久性，有两种理解，一是理论耐久性，二是实际耐久性。理论耐久性按《公路工程混凝土结构防腐技术规范》解释是指“结构在预期作用和预定的维护条件，能在规定期限内维持其设计性能要求的能力”；实际耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何破坏过程的抵抗能力。一般来讲，在正常设计（满足强度、刚度、稳定性和使用功能等要求）、正常施工（严格依照规范和设计进行）、正常使用（规定荷载等）和正常养护（不使用化冰盐）的条件下，桥梁理论耐久性是有保障的。然而暴露在野外环境的桥梁，受到各种水侵腐蚀、冻融破坏、正常和非正常荷载的作用，加之设计、施工的不当，其生存时间很难同我们想象的设计寿命挂钩，其实际耐久性远远小于理论耐久性。

一、桥梁耐久性差的主要原因

1、设计原因

在对桥梁进行设计时，许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构构造、结构体系、结构耐久

性、结构材料、结构维护以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性，致使有的计算图式和受力路线不明确，有的结构整体性和延性不足、冗余性小，这些都极大地削弱了桥梁结构的耐久性。

2、施工原因

不合格、不规范的施工也是造成桥梁耐久性不足的一个重要原因。在实际施工中，工作人员往往为了抢进度而忽视桥梁的施工质量，如施工材料使用不当、以次充好，混凝土质量不合格，钢筋保护层厚度不够，振捣、养护不当，预应力施工不合理等现象，致使桥梁的施工质量远远没有达到规范和设计要求，在短暂的使用年限中，会出现影响其正常使用的病害与劣化，进而对桥梁长期耐久性产生危害。

3、管理原因

桥梁要满足设计和规范所要求的使用年限，好的设计与施工固然重要，但使用、运营中的管理同样不可忽视，缺乏合理的维护与管理同样会严重降低桥梁的耐久性。社会在不断发展、不断进步，致使交通量不断增大，车辆荷载吨位亦不断提高，车辆等运输机械对桥梁的碰撞、磨损、使用环境的劣化，以及重载、超载现象的发生，如不科学管理、及时维护，都会使桥梁耐久性不足而无法达到其预定的使用年限。

4、环境原因

我国城市工业化建设发展的步伐仍在不断加大，致使一些有害物

质、有毒气体随之产生，空气中酸雨、废气等腐蚀性有害物质亦不断增多，其在恶化我国环境、空气的同时，由于桥梁长期暴露在自然环境中，因此，对桥梁也会产生一定的腐蚀性作用。据相关资料统计，我国受酸雨侵蚀的面积已超过国土面积的30%，这从某种程度上讲，对桥梁耐久性的维持同样产生不利影响。

二、桥梁结构耐久性设计的方法措施

1、满足结构混凝土耐久性的基本要求

提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，其中水灰比、水泥用量、强度等级均对耐久性有较大影响。《桥规jtg1362》明确规定了不同使用环境下，结构混凝土的基本要求，对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量做出了限制规定，这是《桥规jtg d62》对公路桥涵结构耐久性设计的基本要求，设计时应遵照执行。

2、加大钢筋的混凝土保护层厚度

混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。鉴于此，相关规定给出了钢筋最小混凝土保护层厚度，但其与国际上较为通用的设计规范相比，还是有点差距。设计时适当加大钢筋的混凝土保护层厚度对提高混凝土结构耐久性是非常有益的。

3、加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝

混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表，反过来，裂缝的存在会增加混凝土渗透性，提供了使侵蚀破坏作用逐步升级、混凝土耐久性不断下降的渠道。当混凝土开裂后，侵蚀速度将大大加快，形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环。因此，防止和控制混凝土的裂缝，对提高混凝土结构的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂缝，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。

4、加强重视疲劳损伤的研究

桥梁结构所承受外力大部分是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力及应变，引起结构的累积疲劳损伤。桥梁所采用的材料本身就不是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷逐渐发展扩大形成损伤。如在运营时得不到有效控制，会引起材料结构的脆性断裂，带来和后果往往是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅对整个结构而言，事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构失效。近年来，疲劳损伤的研究虽然进入混凝土结构，但对于使用后期受腐蚀的钢筋构件中的动态性能和疲劳性的研究还需要加强。

5、在结构局部使用防腐材料

目前我国大量地修建16～25m 的多跨现浇连续钢筋混凝土箱梁

结构的桥梁，由于普通钢筋混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构，因而在负弯矩区总会出现负弯矩裂缝，鉴于负弯矩区裂缝是一种向上开口的“v”形裂缝，桥面水容易渗入，遭受长期浸蚀后，负弯矩钢筋的锈蚀问题是应予以重视的问题。近年来，由国外引进的环氧树脂涂层钢筋已在国内生产，应用于一般钢筋混凝土负弯矩区的钢筋中，这对保证结构的耐久性无疑是很好的事情。再如，英、美等国的调查均发现锚头区有钢丝锈蚀问题，甚至发生过桥梁倒塌事故，因而张拉结束后立即用环氧树脂砂浆封堵锚头可有效防锈。

6、注重防水层的设计

桥梁结构应布置一定的抗渗、抗剪、抗拉的防水层, 防水涂层与沥青混凝土铺装层之间应具有良好的相融性, 二者之间的粘结力

不应低于沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板之间的粘结力。另外, 在桥面铺装层的顶面, 特别是连续梁的负弯矩段, 应设置防

水层。为避免水分从伸缩缝处渗入梁内, 应加强伸缩缝处的排水设计, 注意排水管的设计, 特别是水管周边的构造细节处。

总之，桥梁的安全设计建造是造福于后代的百年大计、千年大计。桥梁耐久性不足已成为迫切需要解决的问题，我们要积极借鉴国外成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。同时需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。这是我国经济持续高速发展条件下对桥梁建筑提出的更高要求。。

参考文献：