桥梁耐久性设计理念

桥梁耐久性设计理念

The Durability Design of Bridge

Presented by

李立峰

December 3, 2013

湖南大学“桥梁与隧道工程”国家重点学科

湖南大学桥梁工程研究所

内容介绍

¾耐久性概述

¾混凝土的劣化与耐久性

¾耐久性的几点认识

¾结构耐久性保证措施

1.1 耐久性概念

桥梁的耐久性能

定义的

定义？？目的？？

个人的要求是健康长寿混凝土结构耐久性

一个人的要求是：健康、长寿

一座桥的要求也是一样：健康、长寿

混凝结构耐性是指混凝土结构(包括钢筋或预应

座桥样健康长寿力钢筋混凝土)抵抗环境中各

种因素作用而保持正常使用

功效的能力

功效的能力。

健康，长寿 1.2桥梁设计基本原则

两者并重！

安全、实用、经济、美观

罗马人修建了许多耐久性能好的桥梁，有两千年前建造仍保存至今的杰作建造，仍保存至今的杰作。

健康，长寿 1.3

“使用寿命”和“设计寿命”

，

古代根本没有设计寿命的概念耐久性当然与寿命有关“使用寿命”和“设计寿命”古代根本没有设计寿命的概念，“设计寿命”还是相当近年的事情

在我们设计和建造一座桥梁时，这两个寿命是一样的。

100年，120年，150年。

1.3“使用寿命”和“设计寿命”

SFO Bay Bridge

的设计寿命是150年

港珠澳大桥

的设计寿命是120年

设计寿命不同一座桥梁的耐久性的要求也会不同。 1.3“使用寿命”和“设计寿命”

设计寿命不同，座桥梁的耐久性的要求也会不同。

桥梁上有些单元的寿命不可能达到桥梁的设计寿命：支座，伸缩缝，桥面铺装，吊杆，油漆，拉索，等等。

单元的设计寿命不等于桥梁的设计寿命！耐久性的要求和定义是相对的。

衡量混凝土结构耐久性的指标是设计使用年限。

混凝土结构的设计使用年限

1.3“使用寿命”和“设计寿命” 构件的使用寿命

判断寿命终止的几个条件：（1）技术使用寿命

（2）功能使用寿命

（3）经济使用寿命

1.3“使用寿命”和“设计寿命”

国际标准化组织的建议

将耐久性目标具体为建筑或建筑构件的功能要求和可接受水平，要求在设计阶段就给予确定。

接受水平要求在设计阶段就给予确定

一、耐久性概述
‰ 1.4 桥梁耐久性的提出 ‰ 钢筋混凝土结构综合了混凝土和钢的优点、造价低，是土木工程 钢筋混凝土结构综合了混凝土和钢的优点、造价低 是土木工程 中的首选形式，也必将仍然是以后最常用的结构形式之一。 ‰ 一直认为：混凝土结构是最为经久耐用的、十全十美的。事实并 非 非如此。 ‰ 从混凝土应用到土木工程的150年间，许多钢筋混凝土结构由于各 种各样的原由提前失效：或抗力不足、或荷载不利，更多的是耐 久性不足导致的。
2013/12/3
桥梁耐久性设计理念
湖南大学
-- 11 --

一、耐久性概述
‰ 1.4 桥梁耐久性的提出 ‡ 从上世纪的 80 年代起，欧美各国发现预应力索在水泥管浆防 年代起 欧美各国发现预应力索在水泥管浆防 腐的管道中的严重锈蚀，引起了国际桥梁界的关注，提出了桥梁 耐久性的问题。 耐久性的问题
钢 线锈蚀 钢绞线锈蚀 2013/12/3
预应力管道压浆不饱满 应力管道 浆 饱满
桥梁耐久性设计理念
湖南大学
-- 12 --

一、耐久性概述
‰ 1.4 桥梁耐久性的提出
桥面铺装层破损
桩基被水冲刷后钢筋外露
2013/12/3
桥梁耐久性设计理念
湖南大学
-- 13 --

一、耐久性概述
‰ 1.5 混凝土桥梁耐久性的研究层次：主要是四个层次 ‰ 环境层次： 环境层次 ¾ 大气 ¾ 海洋 ¾ 土壤 ¾ 工业 ‰ 材料层次： ¾ 混凝土碳化 ¾ 氯盐腐蚀 ¾ 冻融破坏 ¾ 碱集料反应 ¾ 钢筋锈蚀
2013/12/3
‰ 构件层次： ¾ 混凝土锈胀开裂模型 ¾ 粘结性能衰退模型 ¾ 构件承载力的变化 ‰ 结构层次： ¾ 耐久性设计 ¾ 耐久性评估
桥梁耐久性设计理念
湖南大学
-- 14 --

一、耐久性概述
‰ 1.5 混凝土桥梁耐久性的研究层次：主要是四个层次
化学作用（混凝土碳化 混凝土碳化、 、钢筋锈蚀 钢筋锈蚀、 、碱骨料反应） 物理作用（混凝土冻融破坏、冲刷磨损等） 耐久性病害 生物作用 物作用 （虫蚀） 虫蚀 其它（社会、人为因素）
2013/12/3
桥梁耐久性设计理念
湖南大学
-- 15 --

二、材料劣化原理及造成的病害、损失
‰ 混凝土材料的劣化 ‡ 因环境条件和材料自身因素而降低承载能力的行为即 境条件和材料自身 素 降低承载能力的行为 劣化。
‡ 混凝土材料劣化形式分类：
1、混凝土碳化 2、钢筋的锈蚀 3、冻融破坏 冻融破坏 4、化学侵蚀 5、表面磨损 6、碱—骨料反应 7 其它 7、其它……
2013/12/3 混凝土破坏
桥梁耐久性设计理念
湖南大学
-- 16 --

2.2 混凝土碳化

混凝土碳化对结构的影响：

混凝土碳化导致内部钢筋锈

混凝土碳化对结构的影响蚀，进而外表混凝土脱落

混凝土表面出现碳化收缩，

导致微裂缝的产生