影响混凝土桥梁耐久性的因素分析

影响混凝土桥梁耐久性的因素分析

摘要：在第二次世界大战之后，全世界桥梁建设推向了规模化发展的高潮，但目前很多桥梁逐渐步入耄耋之年，而且在不断增加交通量的影响下，桥梁在使用过程当中不可避免地出现各种病害问题，严重影响桥梁的使用寿命。本文将在对桥梁耐久性影响因素分析的基础上，从设计的角度寻找提高桥梁使用寿命的具体方法。关键词：桥梁设计耐久性使用寿命

一、影响桥梁耐久性影响因素分析

桥梁耐久性主要受到桥面铺装层、伸缩缝、桥梁梁体三方面因素的影响，具体表现为：

（一）桥面铺装层的影响因素

由于车辆的荷载力直接作用于桥面的铺装层，再加上外界自然因素的破坏，导致桥面铺装层的使用功能发挥不正常。具体原因表现为：（1）铺装层的厚度不足，无法满足复杂的受力要求，从而引起桥面铺装的病害。譬如厚度分别为和的铺装层，前者比后者的拉应力高出左右，而前者的铺装层和主梁结合在一起的时候，铺装层和主梁中的混凝土的收缩量并不同步，成为铺装层病害隐患的主要原因。（2）桥面铺装层当中的钢筋起到了均匀分布应力的作用，但有时候通过增加桥面铺装层中的钢筋量来减轻恒载，而桥面板的厚度不得不随之减薄，使得桥面板的厚度刚度不足，不足以抵抗变形的应力，在重荷载的环境之下，往往会成为铺装层变形和产生裂缝的原因。

（二）伸缩缝的影响因素

桥梁的结构当中，桥梁伸缩缝很容易遭到破坏，而且修补具有一定的难度，在设计时候考虑不充分，很有可能导致伸缩缝的早期破坏，从而引起跳车、噪音等病害：（1）伸缩缝的选型不准确，在设计当中过于重视桥梁伸缩量的计算，并根据计算的结果选型伸缩缝，而忽略了伸缩缝产品的性能。不同的产品的性能具有差异性，而相应的技术要求也各不相同，如果选定不当，很能可能对伸缩缝的设置带来质量隐患。（2）伸缩缝的锚固系统在设计的时候，没有安置于桥面铺装层和主板连接的位置，使得在荷载的作用下，铺装层和主板连接位置容易出现脱落和开焊的现象。（3）由于桥梁的刚度不能满足交通工具的重力荷载，加上桥梁翼板比较薄，以及翼板之间缺乏横向联系，所以面板容易出现过大的变形。

（三）桥梁梁体的影响因素

桥梁梁体的病害以表层病害和桥梁结构裂缝病害居多。（1）表层的病害问题有锈蚀、麻面、空洞、蜂窝、老化等，这些病害问题除了施工方面的原因，与结构设计等也息息相关，譬如配筋设计密度太高、钢筋选配不合理等。（2）结构裂缝的病害问题，主要影响因素是桥梁结构承载力不足引起的。桥梁梁体的结构设计需要考虑到在荷载作用下结构的安全性，而很多耐久性的指标属于定性指标，在相关的规范当中没有提出寿命和耐久性设计的明确要求。

二、提高桥梁使用寿命的设计方法研究

我国对桥梁结构设计使用年限的标准，可参考《工程结构可靠性

设计统一标准》（gb 50153-2008）中的规定，其中高速公路桥梁、一级公路桥梁、其他大型桥梁的结构设计年限不能低于100年，而普通的小中型桥梁结构设计年限不能低于50年。桥梁的组成构件在使用的过程中，难免会出现退化的现象，而维护管理也具有差异性，因此我们在对桥梁各个构件设计的时候，技术人员应该根据相关的标准要求，提高桥梁在规划、设计和施工阶段的认识水平。（一）桥梁耐久极限状态分析

桥梁的耐久性设计，需要对其耐久极限状态进行详细分析，为提高其使用寿命提供理论依据：（1）混凝土碳化并且蔓延到钢筋的表面，钢筋开始出现锈蚀，此时混凝土内部聚集于钢筋表面的氯离子浓度接近临界浓度，直径小于的普通热轧钢筋作为受力主筋的时候，极限状态是钢筋开始出现锈蚀的状态。（2）钢筋的锈蚀程度足以导致混凝土结构构件出现表面顺筋裂缝的时候，直径大于普通热轧钢筋的极限状态是根据发生适量锈蚀的状态。（3）混凝土的表面出现不明显的损伤极限状态，需要在不影响桥梁结构外观和损害构件承载能力的情况下，对钢筋进行保护，其中需要根据结构设计的使用年限，对结构的保证率进行规定。

（二）桥梁结构存在累计损伤时的耐久性概率设计法

假设条件：（1）桥梁在施工过程当中，在任何时间段，其总损伤为，而且的单增函数是；（2）法则：线性损伤法则；（3）桥梁在使用过程中，可以忽略对结构的维修。

根据假定的条件，我们可以引用公式：。（公式2.1）

上式中，表示桥梁结构出现总相对损伤指标的某个时刻；表示桥梁结构受到第个因素影响之后，出现相对损伤指标的某个时刻；表示桥梁结构性能受到第个因素影响后的权重大小，而且满足。（公式2.2）

如果设计时给定桥梁结构设计使用寿命，确定该寿命时间内的最大荷载效应的分布规律，那么影响桥梁结构耐久性的可靠概率为：，（公式2.3）。

上式中，表示任何时刻的可靠概率大小；表示桥梁结构在初始阶段的可靠概率大小；表示可靠概率的误差函数。

此时假设并代入（公式2.3）可以得出（公式2.4）

如果桥梁耐久性目标的可靠概率用，则根据公式（公式2.5），并采用数值解法，求解得到值。

则桥梁结构设计的表达公式为：（公式2.6），其中表示桥梁的耐久性系数，桥梁结构设计使用寿命和结构耐久性目标的可靠指标都息息相关。

（三）桥梁结构耐久性构造设计内容

桥梁结构耐久性的构造设计内容，从上文提到的桥梁耐久性影响因素的内容分析，可以总结如下：（1）桥梁铺装层的耐久性构造设计。从铺装层厚度问题的角度思考，钢筋的布置和防护起到很大的作用。钢筋布置的时候，不能太过密集，而且在焊接钢筋骨架的时候，要尽量控制钢筋的层高，减少箍筋和定位钢筋，以便腾出更大的空间供以混凝土浇筑。（2）桥梁伸缩缝的构造设计。桥梁伸缩缝

的设计一直是桥梁耐久性设计的难点之一，一方面是伸缩缝暴露于桥梁结构的外端，作业环境差，出现损坏之后修补的难度很大。（3）桥梁梁体的耐久性构造设计。在条件允许的情况下，在桥梁的墩顶、盖梁等位置预留足够的空间，留给作业人员后期维护的操作平台，而支座的细节部位应该考虑排除尘土和水气的措施，保护和维护支座，在计算盖梁和设计配筋的时候，要防止顶升装置位置出现太大的集中应力。

三、结束语

综上所述，桥面铺装、伸缩缝、支座等式桥梁工程耐久性影响因素的症结点，限制了桥梁的持久性和安全性使用，一方面是由于车辆的荷载力直接作用于桥面的铺装层，再加上外界自然因素的破坏，导致桥面铺装层的使用功能发挥不正常，另一方面是桥梁伸缩缝的破坏、桥梁梁体表层病害和桥梁结构裂缝病害等的影响。我们需要在对桥梁结构设计的使用年限和桥梁耐久极限状态分析的基

础上，对桥梁耐久极限状态进行详细分析，为提高其使用寿命提供理论依据，还要采用桥梁结构存在累计损伤时的耐久性概率设计法，找出设计的依据，最后提出桥梁结构耐久性构造设计内容。

参考文献

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[2]卢连连.基于灰色理论的在役桥梁剩余使用寿命预测及改建

方案评价[d].重庆交通大学，2008年.