混凝土橋梁耐久性設(shè)計研究

阿布來提·卡德爾 吾買爾江·阿不都熱西提

摘 要 本文從橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的退化機理出發(fā)，基于現(xiàn)有橋梁耐久性設(shè)計時存在的問題，提出了提高橋梁耐久性設(shè)計的措施。

關(guān)鍵詞 耐久性設(shè)計;混凝土橋梁;提高措施

引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，橋梁設(shè)計已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。遵循橋梁可持續(xù)的設(shè)計理念，在橋梁的安全性，適用性以及耐久性等方面均取得重大的突破，所形成的設(shè)計規(guī)范合理可靠。但實際中，由于不斷增加的承載周期，使得橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了或多或少的老化，局部損傷等等，導(dǎo)致其安全性以及耐久性降低。該種情況主要與兩方面有關(guān)，一方面是施工質(zhì)量以及后期養(yǎng)護，另一方面則是與設(shè)計有關(guān)。本文主要從設(shè)計角度對混凝土橋梁的耐久性進行研究，以探討提升混凝土橋梁的耐久性措施。

1 混凝土橋梁耐久性退化機理分析

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在使用時，抵抗外界環(huán)境以及荷載的作用，并且保證在一定時間內(nèi)其安全性以及耐久性的能力即耐久性。橋梁在運營期間常反復(fù)遭受環(huán)境以及荷載的作用，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的材料性能以及強度有所下降，使橋梁的安全性受到影響。在橋梁實際運營中探索影響其耐久性的因素，并努力找尋解決該問題的措施，并在設(shè)計時運用以使橋梁耐久性有所提升，可使得橋梁的使用年限有所提高，進一步保證其安全性，提高其經(jīng)濟性以及設(shè)計水平。

橋梁的耐久性主要包括兩方面的內(nèi)容，一方面是材料和結(jié)構(gòu)耐久性的退化，一方面是結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計方法。在環(huán)境因素的影響下，引起的混凝土結(jié)構(gòu)的物理變化，如表層出現(xiàn)破損以及凍融的破壞等，以及混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化，如溶解或溶出類型的侵蝕等等，導(dǎo)致混凝土材料的耐久性不斷降低。結(jié)構(gòu)耐久性的退化主要是因為構(gòu)件間不斷降低的聯(lián)結(jié)強度，以及因銹蝕等因素導(dǎo)致裂縫寬度不斷增加。此外，若在評估橋梁的耐久性時選取了較少的環(huán)境因素，或是選取了不恰當(dāng)?shù)沫h(huán)境參數(shù)，也是使得橋梁的耐久性有所不足，使其破損提前出現(xiàn)的原因之一。

2 耐久性設(shè)計存在的問題

影響橋梁耐久性的因素較為廣泛，涉及到了設(shè)計，施工以及養(yǎng)護等各個部分，一般表現(xiàn)為橋梁混凝土有裂縫以及破碎的現(xiàn)象，并且鋼筋與混凝土的連接作用降低，如下圖1所示，橋梁耐久性不僅對其正常使用有所影響，更加導(dǎo)致了工程上資金的浪費。針對混凝土橋梁耐久性的設(shè)計，目前主要存在如下所述的幾方面內(nèi)容：

（1）混凝土橋梁在設(shè)計時，鑒于結(jié)構(gòu)受力以及經(jīng)濟預(yù)算等方面的內(nèi)容所需考慮因素較多，而較少考慮結(jié)構(gòu)在耐久性方面的問題。因此就容易導(dǎo)致所設(shè)計橋梁缺乏整體性，具有有不均勻的受力以及構(gòu)件的截面尺寸不符合規(guī)范等情況，使得混凝土橋梁的耐久性有所降低。

（2）目前在設(shè)計時，關(guān)于橋梁的耐久性理論還需完善，大多數(shù)橋梁在到達(dá)其設(shè)計使用年限之前就以及進行更換。而設(shè)計人員對于橋梁的耐久性缺乏一定的認(rèn)知，只看重橋梁的強度極限狀態(tài)進行考慮，而并不重視橋梁的使用極限狀態(tài)。在設(shè)計時僅以概念形式去運用耐久性設(shè)計，即僅按規(guī)范套用耐久性設(shè)計而沒有根據(jù)實際情況去挖掘現(xiàn)場可能導(dǎo)致耐久性降低的因素以及解決方法，如針對沿海地區(qū)而言，鑒于其較高的氯離子含量，對于鋼筋的保護環(huán)境應(yīng)采取更高的設(shè)計條件，而不能僅簡單的套用規(guī)范要求。

（3）設(shè)計人員素質(zhì)還需提升，目前設(shè)計院里的設(shè)計人員具有較好的學(xué)歷，但大多均為應(yīng)屆畢業(yè)生，從而出現(xiàn)了部分設(shè)計人員缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗的現(xiàn)象，對于耐久性設(shè)計缺乏細(xì)節(jié)上的處理。盡管對于耐久性有較多的研究，但這些成果尚且未能轉(zhuǎn)化，與實際有脫節(jié)，在應(yīng)用時有較大困難。

3 提高混凝土橋梁耐久性設(shè)計的措施

3.1 規(guī)范耐久性設(shè)計的過程

混凝土橋梁耐久性設(shè)計與承載能力設(shè)計的差別有：對于橋梁的耐久性設(shè)計主要考慮：環(huán)境作用下，耐久性極限狀態(tài)時橋梁結(jié)構(gòu)的壽命等級，并且不得低于設(shè)計使用壽命概率;對于橋梁的承載能力設(shè)計主要考慮：荷載效應(yīng)作用下，承載能力極限狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)等級，并且不得低于可靠度指標(biāo)?；跇蛄耗途眯栽O(shè)計和承載能力設(shè)計的區(qū)別，確定橋梁耐久性設(shè)計的過程為：

（1）確定橋梁使用壽命。橋梁的使用壽命需結(jié)合建設(shè)水平，運營狀態(tài)以及經(jīng)濟性等因數(shù)進行考慮。橋梁使用壽命的確定較為復(fù)雜，并且構(gòu)件所處環(huán)境不同也會導(dǎo)致其使用壽命的不同，如沿海地區(qū)具有更加突出的耐久性問題，因而其耐久性要求較高;大型橋梁工程由于具有較高的重要性等級，因而也是具有較高的使用壽命要求。一般情況下橋梁構(gòu)件的使用壽命建議值如下表1所示。

（2）明確橋梁耐久性極限狀態(tài)?；跇蛄撼休d能力極限狀態(tài)，對于耐久性極限狀態(tài)也應(yīng)從安全性，使用性以及經(jīng)濟性三方面出發(fā)。如在考慮耐久性極限狀態(tài)下的適用性時，可從鋼筋腐蝕程度以及混凝土保護層的損壞程度出發(fā)進行確定。

（3）計算環(huán)境效應(yīng)。環(huán)境作用是影響橋梁耐久性的重要因素，環(huán)境因素包括有溫濕度以及冰凍等，此外還需綜合考慮人為因素的影響等，這些因素均是影響橋梁耐久性設(shè)計的關(guān)鍵。

（4）計算橋梁的耐久性以及確定耐久性參數(shù)。橋梁耐久性的計算可以通過宏觀模型進行，如氯離子侵蝕等。根據(jù)宏觀模型對影響橋梁耐久性的物理參數(shù)的變化過程進行計算，以對壽命期橋梁結(jié)構(gòu)各種參數(shù)的退化情況。

（5）修正常規(guī)力學(xué)計算的結(jié)果。根據(jù)橋梁耐久性的計算參數(shù)，對常規(guī)力學(xué)的計算可靠度以及安全性指標(biāo)進行反饋，結(jié)合計算結(jié)果對橋梁的耐久性參數(shù)進行修正，以保證橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性，進一步提高橋梁的安全性。

3.2 完善橋梁耐久性設(shè)計參數(shù)

橋梁設(shè)計中有鑒于環(huán)境類別以及混凝土強度等級所設(shè)計的最小混凝土保護層厚度，但在設(shè)計時設(shè)計人員往往根據(jù)習(xí)慣而在選取設(shè)計采用值時均采用最小值。據(jù)相關(guān)研究有，空氣濕度是影響混凝土橋梁性能的主要因素，根據(jù)國內(nèi)城市的溫濕度調(diào)查中，即使是年平均溫濕度相近的城市，仍然具有差距較大的環(huán)境類別劃分，因而在進行混凝土橋梁的耐久性設(shè)計時需進行參數(shù)的完善設(shè)計，除了需要對現(xiàn)有階段的環(huán)境因素進行考慮之外，還需增加某些考量因素，以確保在設(shè)計時盡可能的對真實環(huán)境進行模擬。

3.3 加強橋梁的防水設(shè)計

確保橋梁構(gòu)造以及防止橋梁被腐蝕的第一道屏障是橋梁的防水工程。在進行橋梁的耐久性設(shè)計時應(yīng)首先加強其防排水的設(shè)計。橋梁的防排水設(shè)計需保證整體性原則，所建立的防水體系應(yīng)確保具有可檢，可修，可換的性能，主梁內(nèi)的通風(fēng)以及排水系統(tǒng)應(yīng)較為良好，以保證主梁所處環(huán)境的干燥性，橋臺以及背墻應(yīng)滿足快速排水要求，設(shè)置防水措施于橋面板以及邊梁，采取可更換的構(gòu)件或者涂層確保鋼筋不被腐蝕。更加需要看重橋梁細(xì)節(jié)的設(shè)計，確保構(gòu)件的可靠性。

4 結(jié)語

設(shè)計的合理性，施工控制質(zhì)量的良好等均是保證混凝土橋梁耐久性的重要因素。橋梁的耐久性設(shè)計有助于橋梁服務(wù)年限的提升以及全壽命周期成本的降低，因此橋梁耐久性設(shè)計的水平以及理念方法等的提高是非常有必要的。文中所涉及的耐久性設(shè)計以及參數(shù)完善方法等均可運用于現(xiàn)有橋梁耐久性的設(shè)計過程，以使其得到改善。橋梁耐久性的設(shè)計屬于系統(tǒng)工程，其設(shè)計方法仍需在今后的研究中不斷完善。

參考文獻

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