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        橋梁耐久性設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵問題探究

        2018-05-14 14:58:29張進(jìn)
        中國房地產(chǎn)業(yè)·上旬 2018年11期
        關(guān)鍵詞:關(guān)鍵問題設(shè)計(jì)方法耐久性

        【摘要】影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多。在工程實(shí)踐中,我們應(yīng)該不斷總結(jié)和吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。作為設(shè)計(jì)者,我們應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)氐墓こ探ㄔO(shè)實(shí)踐,仔細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的耐久性。本文探討了橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法。

        【關(guān)鍵詞】橋梁;耐久性;設(shè)計(jì)方法;關(guān)鍵問題;探究

        橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)是橋梁結(jié)構(gòu)安全與舒適性等綜合指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),所謂耐久性是在一定的設(shè)計(jì)年限內(nèi),受到外界條件和其他突發(fā)事件影響能夠進(jìn)行預(yù)期維護(hù)維修情況下,橋梁結(jié)構(gòu)具有的穩(wěn)定性、安全性、實(shí)用性。隨著過程經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷的發(fā)展,橋梁工程的數(shù)量也在不斷的增長,作為城市建設(shè)的支架工程,很多橋梁在建成不久就會(huì)出現(xiàn)問題,有些甚至出現(xiàn)倒塌等現(xiàn)象,因此,不斷的提升橋梁耐久性設(shè)計(jì)的水平,研究和完善設(shè)計(jì)方法對(duì)于橋梁工程未來的發(fā)展有著重要的意義。

        1、橋梁結(jié)構(gòu)耐久性出現(xiàn)問題的原因

        橋梁結(jié)構(gòu)耐久性出現(xiàn)問題的原因主要有以下方面:第一,混凝土是橋梁建設(shè)的主要材料,因此,對(duì)于混凝土的耐久性問題,主要原因是由于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工過程、維護(hù)工作出現(xiàn)了問題。我國的橋梁設(shè)計(jì)基本上都重視橋梁設(shè)計(jì)的強(qiáng)度,忽略了對(duì)橋梁的耐久性設(shè)計(jì),以至于導(dǎo)致橋梁的耐久性出現(xiàn)問題,發(fā)生安全事故。最常見的是混凝土的耐久性出現(xiàn)問題。比如,混凝土的質(zhì)量不符合橋梁建設(shè)的要求,鋼筋的防護(hù)層不合格。由于防護(hù)層的厚度不足,達(dá)不到對(duì)鋼筋材料有效保護(hù)的效果。第二,在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程和后期使用過程中,由于缺乏維護(hù),使得橋梁結(jié)構(gòu)材料失修,腐蝕嚴(yán)重,經(jīng)過凍融作用的循環(huán),使橋梁結(jié)構(gòu)開始松散,進(jìn)而造成垮塌,導(dǎo)致橋梁安全事故的發(fā)生。在橋梁的使用過程中,由于結(jié)構(gòu)之間的磨損和碰撞,使橋梁的質(zhì)量下降,橋梁結(jié)構(gòu)材料的使用壽命縮短,橋梁的安全性得不到保障。很多橋梁安全事故的發(fā)生,經(jīng)過后期調(diào)查,都是橋梁材料出現(xiàn)問題,或者是施工的質(zhì)量導(dǎo)致。我國也存在橋梁工程中的豆腐渣工程,這些橋梁工程不僅僅是由于橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題,還有橋梁本身施工質(zhì)量的問題,橋梁的結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量不過關(guān),比如,鋼筋太細(xì),使鋼筋的受力面積減小,延長性不足,造成橋梁表面的受力點(diǎn)集中,導(dǎo)致整個(gè)橋面的受力不均勻,橋梁安全事故的頻發(fā)。

        2、耐久性設(shè)計(jì)具體實(shí)施方法

        2.1結(jié)構(gòu)的使用壽命以及機(jī)構(gòu)極限的耐久性

        要根據(jù)橋梁工程的設(shè)計(jì)年限以及結(jié)構(gòu)耐久性等級(jí)來確定機(jī)構(gòu)的使用壽命和耐久性,在我國橋梁工程中,對(duì)于使用壽命問題沒有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,不同的橋梁工程的使用壽命都沒有唯一固定的范圍,在進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)時(shí),不要忽視橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中,由于外界因素的影響到結(jié)構(gòu)耐久性,雖然在設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)耐久性能的確定依據(jù)強(qiáng)度的極限狀態(tài)。耐久性設(shè)計(jì)要考慮到的耐久性極限,包括適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性,適用性極限的結(jié)構(gòu)需要全面維修恢復(fù)使用功能,安全性極限要確保結(jié)構(gòu)能夠承受最大的承載力分界值。經(jīng)濟(jì)性極限是指橋梁結(jié)構(gòu)中不能通過修復(fù)恢復(fù)正常使用的部分,喪失使用功能的同時(shí),就不再具有經(jīng)濟(jì)性。

        2.2基于概率極限狀態(tài)理論的耐久性方法

        耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)該相對(duì)獨(dú)立,將可靠度理論方法引入環(huán)境指數(shù)評(píng)定,以概率極限狀態(tài)理論的耐久性設(shè)計(jì)是探索耐久性設(shè)計(jì)的必選過程。極限狀態(tài)模式失效概率的意義與結(jié)構(gòu)承載能力的極限狀態(tài)相似。主要表現(xiàn)在以高效的作用及材料抵抗環(huán)境作用力,并作為基本的變量。然后將環(huán)境作用和構(gòu)建材料抵抗環(huán)境的作用力作為隨機(jī)變量,產(chǎn)生R與S,然后限制R-S≤0的概率。具體方法要求根據(jù)工程的實(shí)際確定結(jié)構(gòu)的使用年限,再根據(jù)工程的工作環(huán)境來決定腐蝕的級(jí)別,據(jù)此設(shè)計(jì)出在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用的次數(shù)。然后設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)抵抗作用能力大于環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)作用準(zhǔn)備應(yīng)力耐久性的極限方程,利用極限去設(shè)計(jì)工程。這種方法主要將有害物質(zhì)對(duì)鋼筋表層的或混泥土保護(hù)層的脹裂作為極限狀態(tài),主要用在混凝土常規(guī)指標(biāo)、組成、保護(hù)層厚度強(qiáng)度等級(jí)等方面。它要求在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下,按照一定的標(biāo)準(zhǔn)式樣去確定混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性指標(biāo),如擴(kuò)散系數(shù)、抗凍等級(jí)等。這一類方法解決了施工技術(shù)的要求以及耐久性的構(gòu)造要求。

        2.3加強(qiáng)構(gòu)造配筋,防止和控制混凝土裂縫

        混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞,一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫,裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表,反過來,裂縫的存在會(huì)增加混凝土滲透性,提供了使侵蝕破壞作用逐步升級(jí)、混凝土耐久性不斷下降的渠道。當(dāng)混凝土開裂后,侵蝕速度將大大加快,形成導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的進(jìn)一步退化的惡性循環(huán)。因此,防止和控制混凝土的裂縫,對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是十分重要的??刂苹炷恋牧芽p,除按規(guī)范要求控制正常使用極限狀態(tài)的工作裂縫以外,更重要的是要采取構(gòu)造措施,控制混凝土施工及使用過程大量出現(xiàn)的非工作裂縫。

        2.4在結(jié)構(gòu)局部使用防腐材料

        目前我國大量地修建16~25m 的多跨現(xiàn)澆連續(xù)鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的橋梁,由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種必然地帶裂縫工作的結(jié)構(gòu),因而在負(fù)彎矩區(qū)總會(huì)出現(xiàn)負(fù)彎矩裂縫,鑒于負(fù)彎矩區(qū)裂縫是一種向上開口的“V”形裂縫,橋面水容易滲入,遭受長期浸蝕后,負(fù)彎矩鋼筋的銹蝕問題是應(yīng)予以重視的問題。近年來,由國外引進(jìn)的環(huán)氧樹脂涂層鋼筋已在國內(nèi)生產(chǎn),應(yīng)用于一般鋼筋混凝土負(fù)彎矩區(qū)的鋼筋中,這對(duì)保證結(jié)構(gòu)的耐久性無疑是很好的事情。再如,英、美等國的調(diào)查均發(fā)現(xiàn)錨頭區(qū)有鋼絲銹蝕問題,甚至發(fā)生過橋梁倒塌事故,因而張拉結(jié)束后立即用環(huán)氧樹脂砂漿封堵錨頭可有效防銹。

        結(jié)語:

        隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來越高。當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢是從確定性的設(shè)計(jì)方法向概率設(shè)計(jì)方法的方向發(fā)展,結(jié)構(gòu)抗力和計(jì)入作用實(shí)際上存在的隨機(jī)性和將主要依靠至關(guān)經(jīng)驗(yàn)確定的安全系數(shù),變?yōu)橄到y(tǒng)地應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)定量給出一定基準(zhǔn)期內(nèi)機(jī)構(gòu)的失效概率和統(tǒng)一可比的可靠指標(biāo),這是當(dāng)前工程設(shè)計(jì)概念、思想和方法上的突破。

        參考文獻(xiàn):

        [1]林幼銘.鋼筋混凝土橋梁中耐久性設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)措施[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2017(19).

        [2]李桂紅.客運(yùn)專線橋梁結(jié)構(gòu)物高性能混凝土施工技術(shù)研究[J].高速鐵路技術(shù),2017(4).

        作者簡介:

        張進(jìn),中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧沈陽。

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