桥梁的耐久性

桥梁的耐久性

《如何提高桥梁建筑的耐久性?》

一：耐久性与设计

1.1 从设计观念上更新

从全球范围看, 结构工程学科在向时间域、空间域和学科基础三个方面发展。

1.2 按耐久性要求进行设计耐久性的具体指标是指结构在正常设计、正常施工、正常使

用、正常维修下的使用寿

命, 所谓正常的设计, 一般指符合现行规范和标准的设计。新桥规规定了荷载或作用的标准及其组合原则和方法。与耐久性有关的计算裂缝宽度的荷载或作用的代表值一般是对大量观测数据按95 % 保证率确定的。

二：耐久性与施工

施工对混凝土桥梁结构耐久性的影响是非常重要的, 施工必须满足设计要求和施工规范以及施工质量检验标准, 必须进行严格的质量控制。其施工中主要应做好以下几点:

(1) 确保所采用的集料不使混凝土发生超过容许值的碱骨料反应。

(2) 限制混凝土中各组成材料的氯离子含量, 在侵蚀环境下预应力混凝土应低于0.

06 % 的水泥用量; 普通混凝土应低于0. 10 % 的水泥用量。

(3) 控制水灰比和水泥用量。在侵蚀环境下, 水泥用量及水灰比在大气区及海水水位

变化区分别不低于360 kg/m3 和0. 5 ，在海水浪溅区分别不低于400kg/ m3 和0. 4 ，在海水水下区分别不低于300kg/ m3 和0. 5 。

(4) 在环境恶劣部位采用高性能混凝土HPC有耐久性。

(5) 在施工过程中确保不发生泌水、离析现象。

(6) 对大体积混凝土采用分层浇筑等。

(7) 在混凝土养生过程中, 应加强养护等。

(8) 注意对钢筋保护层的施工, 确保钢筋保护层厚度。

(9) 应注意对预应力的施工, 确保管道压浆密度, 以防预应力材料锈蚀。

(10) 对加入阻锈剂、引气剂、减水剂等外加剂的混凝土

应充分拌匀, 以发挥外加剂的防腐作用

三：更加重视结构耐久性及实用方法的研究

国内从上世纪90 年代开始重视了对结构耐久性的研究, 也取得了不少成果。这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的, 对如何从结构和设计的角度及如何以设计和施工

人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人研究。一方面, 耐久性研究需要宏观的定性描述和微观机理的定量分析,这是今后需要加强和深化的一项重要工作; 另一方面, 在有效借鉴和利用国外耐久性研究成果同时, 要充分考虑我国不同地区的环境差异以及经济差异, 有针对性地研究科学、可靠、实用的计算方法和操作规程。大量的病害实例也证明,除了施工和材料方面的原因,影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上（也即设计上）的缺陷。国外的桥梁设计有鉴于耐久性不足导致的严重损失, 近年来十分重视提高结构

物的耐久性并将其作为重要的设计原则,统一考虑合理的结构布局和构造细节, 强调使结构易于检查、维修, 以保证桥梁的安全使用、尽可能地减少维修费用, 取得了较好的综合经济效益。实际上, 国内外的研究和实践都表明, 结构耐久性对

于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。

四重视疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响

桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载, 会在结构内产生循环变化的应力, 不但会引起结构的振动, 还会引起结构的累积疲劳损伤。桥梁的超载会造成桥面的严重破损, 车辆荷载的冲击力加大, 还可能引发疲劳问题, 使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题。近20 年来, 疲劳损伤的研究已进入砼结构, 但对于使用期受腐蚀的钢筋砼构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。目前, 交通部新修订的《公路工程技术标准》对交通量、车辆荷载等方面作出了更为实际的规定, 但对超载带来的后果要进行更加全面、深入的分析和研究。

五重视桥梁结构使用寿命期的维护

砼桥梁工程的耐久性与工程的使用寿命相关。结构耐久性和使用寿命的概念, 与使用阶段的检测、维护和修理不能分割, 砼结构耐久性加固是旧桥改造、维修的重要内容。据调查,我国现有砼桥梁12万余座,约占桥梁总数的90%,存在不同程度的病害达80%以上, 已严重危及桥梁安全,缩短了桥梁使用寿命,衰减了其预定功能。首先, 应建立一套行之有效的桥梁检测制度。对特大桥梁应建立结构健康监测系统, 随时监测桥梁的使用环境、荷载效应、结构变位和应力的变化情况, 能及时地对安全使用状态做出科学的判断; 从而针对桥梁结构受力特点、损伤机理及使用环境,进行病害诊断分析, 采取综合治理措施, 进行科学改造、加固、维修是当前桥梁工程界的一件大事。

六积极借鉴国外的经验和成果

国内桥梁设计存在的主要问题是结构正常使用性能差（指与设计期望相比, 可归结为适用性能差, 包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等）、

耐久性和安全性差（包括使用寿命短、维护费用高、安全事故较频繁等）。这些问题的产生与目前国内施工质量和管理水平较低有关, 但既然这种现状不能在短期内得到解决, 那么

作为工程设计人员就应该正视这一问题, 充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平,采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁使用性能。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题很多与结构体系或材料选择不合理及结构细节处理不当有关。欧洲国家非常重视对结构物进行性能设计（即PBD, Performance Based Design） , 内容包括结构的变形、裂缝、振动、强健性、美观、耐久性能、疲劳性等。PBD研究主要是为了使结构在运营过程中除了保证最低的安全性要求外,尚应有良好的使用性能（包括寿命和耐久性、抗腐蚀、耐疲劳性、美观等）。就其本质而言,欧洲国家的PBD®论,主要研究结构在使用过程中表现出来的服务性能, 分析使性能受到弱化的原因和其发生的机理、规律, 寻求新的结构设计理念和方法。

七保证耐久性的途径和措施

1 ：严格控制砼原材料

为了确保砼耐久性, 除了对水泥强度与安定性、集料的级配与含泥量等常规指标严格控制外, 还应重点考虑碱集料反应问题。我国天然河砂至今未发现有碱活性, 但不少地区的粗集料却有潜在碱活性, 因此应大力推广应用低碱水泥和低

碱减水剂。在砼中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段。目前有些看法对改善砼的耐久性能不利。例如, 担心影响砼强度而不用引气剂, 而引气本应作为改善砼耐久性和工作性的常规手段;又如, 加大水泥用量来保证砼强度, 而低水灰比本应是保证砼抗裂和耐久性能的重要途径。

2 ：努力提高设计、施工水平

将桥梁结构的高耐久性作为重要的设计原则, 统一考虑合理的结构布局和构造细节, 强调使结构易于检查、维修, 寻求新的结构设计理念和施工方法。如应重视后张灌浆不密实而产生的结构耐久性问题, 要完善无粘结预应力工艺, 加强张拉端和固定端锚具的选用和防腐措施, 确保全密封方面的技术措施;重视梁、板中收缩和温度构造配筋要求, 解决现浇梁、板中出现收缩、温度裂缝给使用带来的危害和由此造成的钢筋锈蚀等结构耐久性问题。

3 ：不断强化结构的检测、评估

一些桥梁在使用过程中, 由于不进行定期检测和维护, 对于结构的损坏可能导致公众安全的隐患得不到及时有效地处理, 严重危害结构安全和耐久性。对于结构工程的质量, 虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定, 但是这种要求执行起来缺乏可操作性。要将结构安全质量事故减少到最低程度, 还应以预防为主, 通过例行检测评估结构可靠性及时发现病害, 能得到有效处理。

深入贯彻“全寿命经济分析法”