郝唯龍

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基于耐久性混凝土橋梁結構設計研究

郝唯龍

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在我國，關于混凝土橋梁結構的耐久性設計及研究在持續(xù)進行，并已經研究出了許多實用的防治對策。混凝土結構有較多的優(yōu)點，然而，因為其耐久性引發(fā)的橋梁結構質量降低和工作壽命退化卻令混凝土橋梁結構的發(fā)展進人瓶頸。橋梁設計中如何考慮周到混凝土結構耐久性問題，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構設計。

耐久性；混凝土橋梁；結構設計

1 、混凝土橋梁結構耐久性的研究概況

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，使得原有橋梁的設計結構不能滿足當前的交通要求，為了提高橋梁可靠性則需要對混凝土橋梁結構耐久性進行新的決策。

為了解決混凝土橋梁結構耐久性問題，上世紀80年代以來，國內外展開了對混凝土橋梁結構材料耐久性退化機理和結構耐久性的研究。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致：鋼筋銹蝕、混凝土的凍害、混凝土的滲透性、堿一集料反應、混凝土內部的氯離子反應、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，還受到考慮不全的結構設計和施工方式影響。在房建或是橋梁結構設計中，設計者多是把設計的重點放在結構強度上而結構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構的耐久性，后期養(yǎng)護工作的不到位使混凝土結構發(fā)生磨損、裂縫都是導致混凝土結構耐久性不足的原因。

2 、基于耐久性混凝土橋梁結構設計研究

2.1 結構體系

延長使用時間的決定因素之一是合理的結構設計，能夠彌補結構計算的不足。結構體系的優(yōu)化設計應從結構的強健性和整體性考慮，遵循構件設計的合理傳力原則和可檢性、可修性、可替換性原則。結構構件的承載能力和整體牢固性可對抗洪水、地震等自然災害和人為因素造成的災害，以往的設計偏重于強度的計算而忽略整體牢固性的設計，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，因此橋梁結構設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，由此來預防混凝土受到影響。由化學知識可以得出，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將水及時排出和清理，這就需要橋梁具有良好的排水設計。

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。

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

2.3 伸縮縫構造

對于橋梁的使用時間來說，伸縮縫的設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構，所以對于伸縮縫的設計就顯得尤為重要。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準，例如使用壽命最少為40年，并且所有伸縮縫都應提供排水系統(tǒng)，以保護橋梁結構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 支座構造

橋梁支座在耐久性設計時應考慮支座采用的材料是否可以抵抗環(huán)境銹蝕和侵襲，在其細部設計中應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計的使用時間，那么就應該在支座的頂端留有一定的空余位置，由此來存放千斤頂等等，來減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人員對橋梁的維修。

2.5 可施工性構造

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，設計者應該設計能夠讓施工者靈活運用并且容易上手的設計方式。

2.6 考慮荷載與傳力效果的橋梁構造設計要點

在混凝土橋梁中的拉壓桿構造設計中，它的主應力跡線保持與桿件軸線呈平行關系，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，橋梁梁內的任意一點就應該處于二向的基本受力狀態(tài)下。在對橋梁結構進行設計時，無論是橋跨結構亦或是支撐結構，它的橫截面內或細部構造受力都應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 考慮應力均勻流暢的設計要點

大跨度混凝土橋梁一般構造相對復雜，所以它的結構體系是否合理也直接影響到了混凝土結構的受力特性和耐久性能。此處應該借鑒國外的“壓桿—拉桿—模型法”來對橋梁的混凝土結構應力與鋼筋應力實施重新配置，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，保護其結構耐久性。

另外，混凝土橋梁的橋跨結構一般都會受到較大的拉應力，存在鋼筋腐蝕、結構疲勞等問題，因此要求在設計過程中充分考慮其耐久性問題，盡量縮短橋梁的應力傳力路徑，并提高材料強度，充分考慮幾何分線性對橋梁混凝土結構的具體影響，控制其內力作用，合理設計橋梁中各個構件之間的荷載受力，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，處于熱帶風暴、海風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就出現鋼筋銹蝕、混凝土裂紋和結構組件剛性降低等問題，形成大量混凝土固體垃圾?；炷两Y構耐久性設計屬于現代施工技術范疇，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.混凝土橋梁結構的耐久性問題與優(yōu)化對策分析[J].工程建設與設計，2016.

[2]馬文華.耐久性混凝土橋梁結構設計[J].交通世界，2016.