橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)實(shí)踐探微

李曉光

摘 要：耐久性是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要素之一，會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命產(chǎn)生重要影響，因此強(qiáng)化其專項(xiàng)設(shè)計(jì)具有重要意義。文章先簡(jiǎn)要就影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，然后基于設(shè)計(jì)視角深入探討如何提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；耐久性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）30-0095-02

Abstract： Durability is one of the main elements of bridge structure design， which will have an important impact on the service life of bridge structure， so it is of great significance to strengthen its special design. This paper first briefly analyzes the factors that affect the durability design quality of the bridge structure， and then discusses how to improve the durability of the bridge structure based on the design perspective.

Keyword： bridge engineering； durability； structural design

隨著國(guó)內(nèi)交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，橋梁事業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，橋梁工程建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，尤其是高等級(jí)橋梁所占比例越來(lái)越大，對(duì)橋梁工程耐久性提出了越來(lái)越高要求。要提升橋梁工程結(jié)構(gòu)的耐久性，需要從設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)開(kāi)始就強(qiáng)化耐久性設(shè)計(jì)，確保從根本上提升橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

1 橋梁工程耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響因素

1.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題

設(shè)計(jì)問(wèn)題是影響橋梁工程耐久性的一個(gè)最為重要的因素，具體表現(xiàn)為：其一，有些設(shè)計(jì)人員只考慮橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等安全性，卻忽視了結(jié)構(gòu)體系、材料強(qiáng)度和施工維護(hù)等因素，以至于因人為失誤而影響了結(jié)構(gòu)的壽命；其二，結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)不合理，如鋼筋保護(hù)層厚度不足，混凝土等級(jí)比較低等，影響了結(jié)構(gòu)耐久性。比如，在設(shè)計(jì)橋梁構(gòu)造的過(guò)程中，對(duì)于圖1所示的連續(xù)梁橋和圖2所示的簡(jiǎn)支梁橋，如果二者采用的蓋梁截面與配筋保持一致，且處于同一使用環(huán)境中，那么簡(jiǎn)支梁蓋梁的耐久年限要比連續(xù)梁的蓋梁質(zhì)量差，這主要是由于簡(jiǎn)支梁的蓋梁會(huì)長(zhǎng)期受到雨水等侵襲，影響其使年限。

圖1 連續(xù)梁

圖2 簡(jiǎn)支梁

因此，在橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員必須要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)造及體系對(duì)其耐久性所帶來(lái)的影響，科學(xué)確定混凝土保護(hù)層厚度以及混凝土等級(jí)及水灰比等設(shè)計(jì)參數(shù)。否則，這些因素問(wèn)題均會(huì)給后續(xù)的橋梁工程的耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

1.2 超載問(wèn)題

在橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)中考慮了行車荷載的一些超出量，但是在現(xiàn)實(shí)生活中不可避免會(huì)出現(xiàn)超載問(wèn)題，如果設(shè)計(jì)人員沒(méi)有進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，那么就容易在過(guò)大荷載作用下使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞問(wèn)題或結(jié)構(gòu)損壞問(wèn)題，進(jìn)而也會(huì)對(duì)其耐久性產(chǎn)生影響。此外，如圖3所示，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而出現(xiàn)退化問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員如果沒(méi)有在耐久性設(shè)計(jì)中考慮適當(dāng)預(yù)留度，那么同樣會(huì)給最終的設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，在橋梁工程耐久性設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員需要做好冗余設(shè)計(jì)，考慮耐久性衰退等情況，確保整體橋梁工程設(shè)計(jì)的有效性。

2 橋梁工程耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升對(duì)策

2.1 優(yōu)選結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料

增強(qiáng)橋梁工程的耐久性，可以從優(yōu)選結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料入手，首先要選擇一些含堿量和水化熱偏低的水泥材料；骨料具有良好的潔凈性、堅(jiān)固性和耐久性，確保粗骨料粒形和級(jí)配合理性的基礎(chǔ)上，盡量少使用水，并要降低混凝土中的水泥用量。與此同時(shí)，在拌制混凝土的過(guò)程中，要避免其出現(xiàn)離析問(wèn)題，使其保持良好的和易性和澆筑性，這樣可以從整體上增強(qiáng)橋梁工程的耐久性。考慮到混凝土中所存在的氯離子會(huì)腐蝕鋼筋材料，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意對(duì)其中的氯鹽含量進(jìn)行控制，確保其比例控制在1%范圍內(nèi)，并要做好相應(yīng)的振搗施工，以便可以有效確?；炷潦┕ふw質(zhì)量。在選用鋼筋材料的時(shí)候，除了選擇那些耐腐蝕性和焊接性良好的，還要做好鋼筋及鋼絞線等鋼材材料的防腐等防護(hù)工作，確保在使用過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)椴牧腺|(zhì)量而影響橋梁工程整體的耐久性。此外，在凍融或沿海地區(qū)等某些特殊環(huán)境條件下，需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)所在的抗凍耐久性指數(shù)、抗凍等級(jí)等實(shí)際情況來(lái)科學(xué)確定混凝土拌合物的含氣量和水灰比；如果位于沿海地區(qū)，那么在設(shè)計(jì)混凝土的過(guò)程中要結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)考慮混凝土防水性這是設(shè)計(jì)要點(diǎn)，靈活使用防腐混凝土，適當(dāng)?shù)卦谄渲袚郊右恍┓冷P劑，這樣可以極大地增強(qiáng)混凝土的防水性，延長(zhǎng)其使用性能。

2.2 重視結(jié)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)

在橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要高度重視冗余設(shè)計(jì)的重要性，這里所指的冗余設(shè)計(jì)實(shí)際上就是要適當(dāng)?shù)胤糯笤O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和限制，盡可能地將車輛超載等問(wèn)題以及結(jié)構(gòu)耐久性隨時(shí)間衰退問(wèn)題等考慮在內(nèi)，提升橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。比如，在橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要做好軸載譜調(diào)查工作，結(jié)合軸重核查橋梁設(shè)計(jì)荷載、車輛構(gòu)成等實(shí)際情況，對(duì)車輛超載現(xiàn)象進(jìn)行充分考慮，設(shè)計(jì)期間需要適當(dāng)?shù)卦黾訕蛄航Y(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，使其可以承受未來(lái)更大荷載的可能性，這樣可以更好地提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性，防范因?yàn)檐囕v超載等所造成的結(jié)構(gòu)耐久性失衡問(wèn)題。

2.3 優(yōu)化橋梁構(gòu)造設(shè)計(jì)

從整體上來(lái)講，橋梁工程結(jié)構(gòu)眾多，包括主梁、橋面鋪裝、支座等構(gòu)成。為了確保橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要對(duì)各個(gè)關(guān)鍵橋梁構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化各部分的耐久性。

（1）優(yōu)化主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主梁是橋梁工程結(jié)構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其優(yōu)化設(shè)計(jì)也是提升結(jié)構(gòu)整體耐久性的關(guān)鍵，優(yōu)化要點(diǎn)如下：其一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，盡量選用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)這種耐久性比較好的結(jié)構(gòu)；如果選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，那么要將其梁跨徑控制在20m以下，且跨度13m和16m的結(jié)構(gòu)，如果沒(méi)有特殊要求，那么適當(dāng)?shù)匾悦懿糡梁結(jié)構(gòu)為主，這樣可以更好地增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體耐久性。其二，主梁保護(hù)層厚度要科學(xué)控制，確保其滿足規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際的工作環(huán)境條件，對(duì)其厚度的最小數(shù)值進(jìn)行有效控制。如果應(yīng)用通用圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還需要結(jié)合項(xiàng)目所在區(qū)域的環(huán)境類別對(duì)保護(hù)層進(jìn)行核實(shí)，尤其是做好高腐蝕性鹽漬土等特殊環(huán)境條件下的保護(hù)層厚度科學(xué)確定工作。其三，主梁間橫向整體性進(jìn)行強(qiáng)化。針對(duì)箱梁或裝配式預(yù)制T梁，需要科學(xué)地設(shè)計(jì)加密橫隔梁，將其間距控制在10m以下，避免過(guò)大間隔影響整體結(jié)構(gòu)的耐久性。其四，在主梁構(gòu)造設(shè)計(jì)期間，考慮鋼筋布置和幾何尺寸擬定等影響的情況，同時(shí)考慮后續(xù)主梁結(jié)構(gòu)施工需求，做好鋼筋避讓設(shè)計(jì)，科學(xué)設(shè)計(jì)鋼筋控制位置，明確鋼筋避讓的先后順序。此外，要做好主梁排水構(gòu)造設(shè)計(jì)工作，科學(xué)設(shè)置滴水槽和泄水孔，避免積水問(wèn)題對(duì)梁體外側(cè)造成侵蝕。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。鑒于橋面長(zhǎng)期直接承受車輛荷載，并容易受到雨雪侵蝕，所以要做好橋面鋪裝設(shè)計(jì)工作，這是增強(qiáng)橋面鋪裝耐久性的關(guān)鍵，具體要點(diǎn)如下：其一，要盡可能地提升鋪裝所用混凝土強(qiáng)度等級(jí)和抗?jié)B能級(jí)，采用耐久性較好的水泥混凝土并且確保土層具有良好防水性；其二，鋪裝所用鋼筋材料科學(xué)選擇，確保鋪裝層強(qiáng)度的合理性，這也是控制現(xiàn)澆層裂縫的重要舉措。其三，在護(hù)欄之下位置處科學(xué)地設(shè)置泄水管和盲溝等，保證泄水槽等相關(guān)排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)橋面支座結(jié)構(gòu)。支座是聯(lián)系橋梁上下結(jié)構(gòu)的重要紐帶，也是承受集中力作用的薄弱構(gòu)建。一旦發(fā)生故障問(wèn)題，就會(huì)給橋梁結(jié)構(gòu)的整體耐久性產(chǎn)生不利影響。在綜合考慮施工操作及后續(xù)養(yǎng)護(hù)操作便捷性等的基礎(chǔ)上，優(yōu)選支座型號(hào)，并要對(duì)梁截面扭矩進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，確保其所受力的均勻性，避免造成局部破壞問(wèn)題。此外，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求，對(duì)橋墩等結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求可以全面增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性。

3 結(jié)束語(yǔ)

耐久性是橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，其會(huì)受到設(shè)計(jì)問(wèn)題和超載問(wèn)題等因素影響。所以要保證橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體質(zhì)量，就應(yīng)在優(yōu)選結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料的基礎(chǔ)上，重視結(jié)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)和橋梁構(gòu)造設(shè)計(jì)，確?？梢栽鰪?qiáng)其耐久性。

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