基于耐久性的橋梁設(shè)計(jì)原則分析

萬夢(mèng)

招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 重慶 4 0 0 0 6 7

在我國(guó)，交通事業(yè)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)展現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。但從我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)膶?shí)際現(xiàn)狀來看，目前在交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上還存在著一定的缺陷和不足，這也說明我國(guó)的交通事業(yè)還有很大的發(fā)展空間。在交通基礎(chǔ)設(shè)施中，橋梁是重要的組成部分，其作用不言而喻，直接影響著整個(gè)交通運(yùn)輸。但是就現(xiàn)階段橋梁設(shè)計(jì)中，橋梁的耐久性往往無法得到保障的，因此嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命，使其無法達(dá)到設(shè)計(jì)年限。由于橋梁耐久性不好會(huì)嚴(yán)重影響到橋梁的質(zhì)量、壽命以及安全性，極大的增加了安全隱患，因此深入的分析和研究橋梁的耐久性設(shè)計(jì)原則具有重要的意義[1]。

1 耐久性的橋梁設(shè)計(jì)概述

1.1 耐久性橋梁設(shè)計(jì)的內(nèi)容

通常情況下，耐久性橋梁的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有兩個(gè)部分，第一部分是橋梁建筑材料的選擇，第二部分是對(duì)橋梁各個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并控制各個(gè)構(gòu)件中產(chǎn)生的各種裂縫。首先，橋梁建筑施工材料的選擇上，需要橋梁設(shè)計(jì)人員和施工人員根據(jù)實(shí)際的施工情況和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期等各個(gè)因素進(jìn)行綜合性的全面考慮，然后在對(duì)建筑材料進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，但是在選擇時(shí)還要兼顧環(huán)保節(jié)能，并對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行合理的控制。在對(duì)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，還要加強(qiáng)橋梁防腐、防水和排水功能，堅(jiān)持科學(xué)、合理、安全的原則，避免使用化學(xué)物質(zhì)影響橋梁的使用壽命。

1.2 耐久性橋梁的影響因素

1.3 鋼筋的銹蝕

銹蝕是生活中極其常見的一種現(xiàn)象，自然橋梁也不例外。而銹蝕的鋼筋是影響橋梁耐久性的重要原因。當(dāng)鋼筋銹蝕比較嚴(yán)重時(shí)就會(huì)使其發(fā)生膨脹最終導(dǎo)致混凝土發(fā)生脫落，使橋梁的承載力不斷下降直至喪失承載能力。

1.4 混凝土碳化

由于混凝土暴露在大氣環(huán)境中，會(huì)與空氣中的二氧化碳接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土進(jìn)行收縮，進(jìn)而使混凝土的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞出現(xiàn)裂縫[2]。

1.5 北方地區(qū)存在凍融破壞

北方地區(qū)由于氣候特點(diǎn)會(huì)存在凍融現(xiàn)象，而橋梁在反復(fù)經(jīng)歷凍融循環(huán)就會(huì)使混凝土從里到外發(fā)生侵蝕，使橋梁的強(qiáng)度不斷降低。

2 基于耐久性的橋梁設(shè)計(jì)原則分析

在橋梁的設(shè)計(jì)中，構(gòu)思的結(jié)構(gòu)和制定的設(shè)計(jì)方案若在計(jì)算上存在不足將對(duì)給橋梁帶來不可挽救的缺陷，這樣看來橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)思和設(shè)計(jì)方案的制定對(duì)于橋梁的耐久性至關(guān)重要，因此，必須將其計(jì)算減小計(jì)算中的不足和才能保障橋梁設(shè)計(jì)具有較好的耐久性。在設(shè)計(jì)過程中，保障橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的方式較多，但是無論使用哪種方式都必須將橋梁的耐久性作為重中之重。

2.1 連續(xù)、冗余和整體性的原則

在橋梁的建筑發(fā)過程中科學(xué)、合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提高橋梁的整體性能，并且擔(dān)當(dāng)橋梁發(fā)生變化時(shí)不會(huì)相對(duì)較為平順。這樣也能夠做到在提高外觀美感的同時(shí)提高橋梁的剛度與承載能力，冗余和整體性可以保障橋梁的功能性，更重要的是還能夠提高橋梁的抗破壞能力，對(duì)地震和超載情況也有較好的抵抗能力。橋梁的伸縮維長(zhǎng)期是結(jié)構(gòu)中最容易發(fā)生破壞的地方同時(shí)也是最難修復(fù)的地方，無論是在設(shè)計(jì)過程中還是在施工過程中稍有不足或缺陷都會(huì)度橋梁造成破壞，并且在破壞時(shí)，所引起的沖擊載荷也是比較大的，這樣就會(huì)嚴(yán)重減少橋梁的使用壽命?；谶@一現(xiàn)狀，世界各國(guó)的學(xué)者都提出無伸縮縫結(jié)構(gòu)，并且都在研究減少或取消支座和伸縮縫來提高橋梁的適用性與整體性，進(jìn)一步減少橋梁后期維護(hù)費(fèi)用。

2.2 在載荷的作用時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳力路線最短原則

由于拉、壓桿件的應(yīng)力方向與桿件的軸線相平行，因此桿件的長(zhǎng)度就是傳力的路徑。桿件受純彎曲時(shí)拉、壓應(yīng)力方向也是與桿件的軸線相平行，因此桿件長(zhǎng)度就是傳力的路徑。一般情況下，梁類構(gòu)件都是彎剪組合，其截面上任意一點(diǎn)都會(huì)受到二向力作用，這樣就會(huì)導(dǎo)致傳力跡線變成曲線，因此需要使用“拓賈”式來替代，這時(shí)各個(gè)桿件的傳力路徑之和就可以看作是桿件的傳力跡線。彎剪扭組合的構(gòu)件可以等效為“空間桁架”類型。這樣職稱型機(jī)構(gòu)和橋跨式結(jié)構(gòu)的傳力路徑都比較簡(jiǎn)潔、合理[3]。

2.3 應(yīng)力均勻且流暢和力學(xué)平滑原則

桿件結(jié)構(gòu)中各處的應(yīng)力要確保是均勻的，例如：橫截面內(nèi)的應(yīng)力、桿件的長(zhǎng)度方向的應(yīng)力已經(jīng)邊界處的應(yīng)力等等。這樣的設(shè)計(jì)還能夠展示出各種建筑材料的性能并有助于經(jīng)濟(jì)效益的提高。在對(duì)大跨度的橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到其構(gòu)造十分復(fù)雜，因此橋梁的耐久性能和受力性能會(huì)受到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。特備是在力學(xué)或結(jié)構(gòu)幾何不連續(xù)的地方，其所受應(yīng)力的分布十分復(fù)雜，因此對(duì)于鋼筋的數(shù)量和位置都很難進(jìn)行精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，這也是橋梁建筑中耐久性設(shè)計(jì)作為薄弱地方。但是使用“壓桿-拉桿-模型法”進(jìn)行分析就可以解決應(yīng)力和鋼筋配置中存在問題。

在橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形狀中體現(xiàn)力線平滑，主要表現(xiàn)為形狀少突變、簡(jiǎn)單、少棱角、結(jié)構(gòu)的表面是連續(xù)的曲面或平面。這樣拉、壓桿件的結(jié)構(gòu)所受到的應(yīng)力就是比較均勻和流暢的，而且應(yīng)力的傳遞路徑比較短，所以這是十分經(jīng)濟(jì)合理受力結(jié)構(gòu)。

此外，在耐久性橋梁設(shè)計(jì)原則中還有可修性、可檢性、可替換性的原則，施工容易實(shí)現(xiàn)原則，防水原則看，而這三個(gè)原則也是提高耐久性的關(guān)鍵，因此在設(shè)計(jì)中也同樣要基于高度的重視。

3 結(jié)語

綜上所述，在橋梁建筑中耐久性是影響橋梁性能的重要因素之一，在橋梁整體性能的保障上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。經(jīng)實(shí)踐表明，橋梁的耐久性直接影響著橋梁的使用壽命，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響了橋梁的整體橋梁結(jié)構(gòu)，一旦不能得到良好的保障就會(huì)導(dǎo)致重大的安全事故的發(fā)生并且還會(huì)威脅到行車的安全性、穩(wěn)定性以及乘客的人身安全，因此在橋梁建筑過程中必須高度重視耐久性的設(shè)計(jì)。