基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

郝唯龍

身份證號碼：15282419881211101X

基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

郝唯龍

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在我國，關(guān)于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計及研究在持續(xù)進行，并已經(jīng)研究出了許多實用的防治對策?；炷两Y(jié)構(gòu)有較多的優(yōu)點，然而，因為其耐久性引發(fā)的橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低和工作壽命退化卻令混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展進人瓶頸。橋梁設(shè)計中如何考慮周到混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題，一直是工程界研究的課題之一。鑒于此，本文主要分析基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。

耐久性；混凝土橋梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 、混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究概況

目前我國已建成不同使用用途的橋梁犯萬座，其中，拱橋、懸索橋、斜拉橋等各種特大橋均已進行世界尖端水平行列。但由于車輛類型的變化、汽車荷載的增加和道路交通量的增長，使得原有橋梁的設(shè)計結(jié)構(gòu)不能滿足當(dāng)前的交通要求，為了提高橋梁可靠性則需要對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性進行新的決策。

為了解決混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題，上世紀80年代以來，國內(nèi)外展開了對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)材料耐久性退化機理和結(jié)構(gòu)耐久性的研究。已有的研究成果表明混凝土耐久性退化通常由下面幾個因素導(dǎo)致：鋼筋銹蝕、混凝土的凍害、混凝土的滲透性、堿一集料反應(yīng)、混凝土內(nèi)部的氯離子反應(yīng)、混凝土的碳化。

混凝土耐久性較低的原因除了與日常保護不周有關(guān)，還受到考慮不全的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方式影響。在房建或是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計者多是把設(shè)計的重點放在結(jié)構(gòu)強度上而結(jié)構(gòu)的耐久性問題往往被忽略。為了加快工期而使用的不合理施工方法也極易降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，后期養(yǎng)護工作的不到位使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生磨損、裂縫都是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的原因。

2 、基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

2.1 結(jié)構(gòu)體系

延長使用時間的決定因素之一是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠彌補結(jié)構(gòu)計算的不足。結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)從結(jié)構(gòu)的強健性和整體性考慮，遵循構(gòu)件設(shè)計的合理傳力原則和可檢性、可修性、可替換性原則。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和整體牢固性可對抗洪水、地震等自然災(zāi)害和人為因素造成的災(zāi)害，以往的設(shè)計偏重于強度的計算而忽略整體牢固性的設(shè)計，簡支-連續(xù)梁橋和整體式橋梁都是使用時間較長的橋型。從目前為止的對于橋梁的認識來看，越早發(fā)現(xiàn)橋梁被破壞的地方，就能夠用越少的資金將橋梁修護好，并且也不會減少橋梁的使用時間，因此橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中要遵循容易檢查和維修的原則。

2.2 防水體系

國外的研究表示，鋼筋腐蝕是目前需要解決的首要問題，由此來預(yù)防混凝土受到影響。由化學(xué)知識可以得出，水是造成腐蝕的主要因素，不論是碳化還是氯化物的腐蝕，都是水引起的。因此，在進行橋梁設(shè)計的時候，防水是十分重要的一個環(huán)節(jié)，不僅僅要注重橋梁的防水問題，同時還要保證橋梁能夠?qū)⑺皶r排出和清理，這就需要橋梁具有良好的排水設(shè)計。

排水：確保水流快速集中排出。排水系統(tǒng)必須堅固耐用，結(jié)合點位于便于檢修的部位，與主要排水管道的連接相協(xié)調(diào)。

防水：橋面防水層鋪裝料應(yīng)有良好抗?jié)B性、耐高低溫性能、邊緣密封性和對橋面的適應(yīng)性。

2.3 伸縮縫構(gòu)造

對于橋梁的使用時間來說，伸縮縫的設(shè)計是十分重要的一個環(huán)節(jié)。由于伸縮縫是橋梁中十分容易被破壞的結(jié)構(gòu)，所以對于伸縮縫的設(shè)計就顯得尤為重要。同時，對于伸縮縫的維修也需要引起足夠的重視，這樣才能夠增加橋梁的使用時間。在其他的歐洲國家之中，對于伸縮縫也有本國的標(biāo)準(zhǔn)，例如使用壽命最少為40年，并且所有伸縮縫都應(yīng)提供排水系統(tǒng)，以保護橋梁結(jié)構(gòu)表面及橋臺不受腐蝕，在允許部分車輛通行條件下可以進行更換。

2.4 支座構(gòu)造

橋梁支座在耐久性設(shè)計時應(yīng)考慮支座采用的材料是否可以抵抗環(huán)境銹蝕和侵襲，在其細部設(shè)計中應(yīng)該排除可能堆積的塵土和水汽。在一定的情景之中，如果支座沒有達到預(yù)計的使用時間，那么就應(yīng)該在支座的頂端留有一定的空余位置，由此來存放千斤頂?shù)鹊龋瑏頊p少橋梁之后的維修費用。同時，這樣也是為了更加方便于技術(shù)人員對橋梁的維修。

2.5 可施工性構(gòu)造

對于耐久性，以上幾點還是遠遠不夠的，施工程度的多少也是影響的因素之一。在一定的條件之中，設(shè)計者應(yīng)該設(shè)計能夠讓施工者靈活運用并且容易上手的設(shè)計方式。

2.6 考慮荷載與傳力效果的橋梁構(gòu)造設(shè)計要點

在混凝土橋梁中的拉壓桿構(gòu)造設(shè)計中，它的主應(yīng)力跡線保持與桿件軸線呈平行關(guān)系，且確保傳力路徑始終與桿件長度相等。如果桿件受力彎曲時，橋梁梁內(nèi)的任意一點就應(yīng)該處于二向的基本受力狀態(tài)下。在對橋梁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，無論是橋跨結(jié)構(gòu)亦或是支撐結(jié)構(gòu)，它的橫截面內(nèi)或細部構(gòu)造受力都應(yīng)該與梁受力相互吻合，使得傳力路徑簡易化，這有利于延長混凝土橋梁的生命周期，同時優(yōu)化它的耐久性。

2.7 考慮應(yīng)力均勻流暢的設(shè)計要點

大跨度混凝土橋梁一般構(gòu)造相對復(fù)雜，所以它的結(jié)構(gòu)體系是否合理也直接影響到了混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性和耐久性能。此處應(yīng)該借鑒國外的“壓桿—拉桿—模型法”來對橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力與鋼筋應(yīng)力實施重新配置，建立橋梁支座與拉壓桿模型，使得橋梁的拉壓桿位置都能擁有足夠的受拉鋼筋，保護其結(jié)構(gòu)耐久性。

另外，混凝土橋梁的橋跨結(jié)構(gòu)一般都會受到較大的拉應(yīng)力，存在鋼筋腐蝕、結(jié)構(gòu)疲勞等問題，因此要求在設(shè)計過程中充分考慮其耐久性問題，盡量縮短橋梁的應(yīng)力傳力路徑，并提高材料強度，充分考慮幾何分線性對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的具體影響，控制其內(nèi)力作用，合理設(shè)計橋梁中各個構(gòu)件之間的荷載受力，使得整個橋梁的受力均勻，傳力簡捷。

總之，目前，國內(nèi)混凝土建筑的使用壽命在30～40a，之后需要大面積修繕才能持續(xù)使用。其中，處于熱帶風(fēng)暴、海風(fēng)侵蝕的東南沿海建筑，其使用壽命為35a左右。部分建筑工程使用12～15a就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土裂紋和結(jié)構(gòu)組件剛性降低等問題，形成大量混凝土固體垃圾?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計屬于現(xiàn)代施工技術(shù)范疇，可以有效地減少工程的后期隱患的發(fā)生率，保證建筑的可持續(xù)使用。

[1]于國功.混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題與優(yōu)化對策分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2016.

[2]馬文華.耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].交通世界，2016.