基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

李增江

（濰坊市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東濰坊261000）

1 基于耐久性的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

1.1 混凝土橋梁現(xiàn)狀

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題在耐久性研究中占據(jù)的地位非常重要，目前很多橋梁逐漸進(jìn)入“老化”階段，很容易出現(xiàn)安全問題。而影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的因素有很多，主要包括橋梁結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)、施工、日常維護(hù)和管理等。例如，在我國(guó)一些混凝土橋梁施工中，使用的混凝土質(zhì)量較差，保護(hù)層厚度不足等問題會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，不僅會(huì)降低橋梁的使用壽命，而且會(huì)降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.2 影響橋梁耐久性的因素

1.2.1 橋梁設(shè)計(jì)的合理性

橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域亟待解決的重要問題。橋梁工程設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中，很容易過于注重橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，通過提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度使工程的安全性得到滿足，忽略了設(shè)計(jì)過程中的人因失誤，如橋梁工程計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不明確、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低以及選用的混凝土強(qiáng)度過低等，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性造成很大的影響。另外，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中，忽略了結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性等問題，而這些因素都將對(duì)橋梁耐久性造成嚴(yán)重影響。并且隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，交通量也逐漸增多，但當(dāng)前橋梁仍選用之前的建造標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的交通需求，加之橋梁自身隨時(shí)可能出現(xiàn)安全性與耐久性問題，都將使其存在很大安全隱患[1]。

1.2.2 材料因素

混凝土中的高堿溶液可以使鋼筋表面形成一層氧化鐵膜，以防止鋼筋銹蝕。如果這層膜斷裂，鋼筋很容易生銹，導(dǎo)致鋼筋的體積逐漸增加，很容易造成混凝土開裂，降低混凝土的耐久性。

1.2.3 施工工藝的選擇

在橋梁施工過程中，施工單位為趕工期，施工時(shí)沒有嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)管理不到位，導(dǎo)致橋梁施工技術(shù)及施工工藝出現(xiàn)問題。加之混凝土振搗不到位，對(duì)后期維修養(yǎng)護(hù)不夠全面，會(huì)造成橋梁混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，降低橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性等性能。

2 基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 傳力路徑設(shè)計(jì)原則

縮短傳力路徑：通常情況下，傳力路徑越復(fù)雜，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)也會(huì)越復(fù)雜，進(jìn)而造成損壞的部位也會(huì)增加。因而，不論是對(duì)于橋梁跨徑結(jié)構(gòu)，還是支撐結(jié)構(gòu)，越簡(jiǎn)捷的傳力路徑，橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越高。

應(yīng)力均勻、流暢：就橋梁結(jié)構(gòu)來說，若其結(jié)構(gòu)受力不連續(xù)，或者結(jié)構(gòu)應(yīng)力不均勻，薄弱部位極易產(chǎn)生損壞，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，必須不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)受力科學(xué)。

2.2 可修性原則

所謂可修性原則，是對(duì)橋梁低于結(jié)構(gòu)使用壽命的部分采用可修的設(shè)計(jì)原則，例如，在設(shè)計(jì)過程中，通過預(yù)留空間和操作平臺(tái)的方法降低維修難度，提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

3 耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)策

3.1 基于耐久性的橋梁設(shè)計(jì)

對(duì)于同一座橋梁，應(yīng)盡可能地選擇相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但對(duì)于具有特殊用途的橋梁應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，雖然橋梁的部分結(jié)構(gòu)有所不同，但也需保障橋梁整體結(jié)構(gòu)的合理性，同一截面的橋梁形態(tài)與孔洞大小須盡可能統(tǒng)一。當(dāng)橋梁長(zhǎng)度過長(zhǎng)，水深較大時(shí)，應(yīng)考慮將橋梁抬高，有助于泄洪。同時(shí)，橋梁設(shè)計(jì)還需對(duì)泥石流的影響做好考慮，若該地區(qū)常發(fā)生泥石流，可以選用單孔或大跨度多孔橋。

3.2 改善混凝土結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)

混凝土材料的耐久性是影響橋梁耐久性的主要因素，如水泥的種類、數(shù)量、水灰比等，這些因素都將對(duì)混凝土的pH造成很大的影響。因此，設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，應(yīng)按照經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以上因素進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，以此確?；炷恋哪途眯?。另外，混凝土中的堿性溶液與活性成分會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹物質(zhì)或吸水膨脹物質(zhì)而引起混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，而這類破壞屬于整體性的，并且當(dāng)前還未有修復(fù)方法。因此，進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要選用低堿水泥，并控制好水灰比以及用水量，提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性。橋梁施工中鋼筋的使用較多，而氯離子對(duì)鋼筋有一定的腐蝕作用，所以，選擇混凝土原材料時(shí)，不能采用含氯水泥，以避免鋼筋被腐蝕[2]。另外，還可以通過在鋼筋表面涂抹防腐層防止水分、氧氣、腐蝕性介質(zhì)等滲入結(jié)構(gòu)保護(hù)層，同時(shí)還應(yīng)將涂層和鋼筋做好黏合，從多個(gè)方面確保橋混凝土結(jié)構(gòu)的梁耐久性。

3.3 加大對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)損傷的研究力度

每座橋梁工程都要承受較大的荷載，如車輛荷載、風(fēng)荷載、動(dòng)荷載等，且這些荷載會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的作用力，不但能引發(fā)結(jié)構(gòu)震動(dòng)，還會(huì)造成結(jié)構(gòu)的疲勞。由于工程施工材料的缺陷會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生影響，并且當(dāng)橋梁荷載較大時(shí)，材料缺陷會(huì)越來越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致橋梁損壞，嚴(yán)重時(shí)還將擴(kuò)展為宏觀裂縫。如果不能及時(shí)控制這些裂縫，很容易使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂問題，從而引起橋梁工程結(jié)構(gòu)的疲勞，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)或解決，很容易造成嚴(yán)重后果。因此，橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷是設(shè)計(jì)者亟須解決的問題。在現(xiàn)實(shí)生活中，因結(jié)構(gòu)疲勞引起的鋼材開裂或橋梁斷裂非常普遍。大量研究表明，疲勞損傷的研究工作嚴(yán)重影響著混凝土結(jié)構(gòu)，所以，有必要加強(qiáng)疲勞性能研究，以降低橋梁局部結(jié)構(gòu)的疲勞性，杜絕發(fā)生橋梁結(jié)構(gòu)的倒塌。

3.4 學(xué)習(xí)先進(jìn)的防腐技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)耐久性

由于鋼筋混凝土材料的質(zhì)量問題，我國(guó)許多橋梁都出現(xiàn)了裂縫，尤其在多雨季節(jié)，裂縫問題會(huì)導(dǎo)致橋面積水滲入橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而腐蝕橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼筋。因此，鋼材腐蝕是一個(gè)亟待解決的問題。這就要求相關(guān)管理部門必須積極引入并學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的鋼筋防腐技術(shù)，大力生產(chǎn)環(huán)氧樹脂鋼筋，以期提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

4 結(jié)語

總而言之，橋梁耐久性及安全性是整個(gè)橋梁施工中一項(xiàng)最為關(guān)鍵性工作，因此，相關(guān)單位有必要在實(shí)際工作中不斷總結(jié)和借鑒經(jīng)驗(yàn)，提高橋梁混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，更好地確保橋梁的耐久性。