混凝土桥梁结构制造及维护

钱　莉　杨春芳

[摘要]钢管混凝土拱桥近十年来在我国发展迅速，随着数量的增多，跨径与规模也不断增大，分布区域也越来越广，除了钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点的原因外，与我国正处于大规模的交通基础设施建设时期的大环境有密切的关系。将根据钢管混凝土拱桥在我国的应用情况与近几年的发展趋势，对混凝土桥梁的结构的设计制造及维护作简单探讨。

[关键词]混凝土桥 机构制造 维护

中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0520082－01

一、桥梁结构类型

（一）刚架系杆拱桥型。钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，承载形式上、中、不承式均有。按拱的推力，又可分为有推力供和无推力供。无推力供又有拱架组合体系和刚架系杯供。钢管混凝土拱桥以中下承式为主，有推力拱和元推力拱均占相当的比重。在无推力拱中，以刚架系杆拱为主。这些都是钢管混凝土拱桥的构造特点，与我国传统的石拱桥、钢管混凝土拱桥均有明显的不同。

刚架系杆拱是在钢管混凝土拱桥中出现的拱桥新的结构形式。与拱架组合体系不同，刚架系杆供中拱助与桥墩团结，不设支座，采用预应力钢绞线作为拉杆来平衡换的推力，拉杆独立于桥面系之外，不参与桥面系受力，而桥面系为局部受力构件。这种结构由于拱和墩连接处为刚结点，属刚架结构，又带有系杆，故称之为刚架系杆拱。

在施工方面，刚架系杆拱的施工可以像固定供一样采用无支架施工，因而桥梁的跨越能力也较大，也能够充分发挥钢管混凝土拱桥施工方便的优越性。由于这些优点，这种桥型出现以后得到较广泛的应用。

（二）肋拱桥横向结构。钢管混凝土拱桥均为肋拱桥，由于其材料强度高，随着跨径的增大，横向稳定问题较为突出，所以其横向结构的合理采用至关重要。上承式肋供，可采用多肋结构（多于二的），横向联系通常布置成等间距的径向根撑（或根系梁），其横向稳定主要取决于整桥的宽跨比。对于中不承式拱，横向联系的布置在桥面附近受到行车空间的限制，同时对横向动力特性和美观也有很大的影响，合理布且尤为重要。有时为加强其横向稳定性，将其两肋内倾而成提亚扶。与之相对应，一般肋扶则称为平行肋供。当然，对于跨径不是很大的城市桥梁，或出于景观考虑，也有做成无风撑的。

（三）拱肋截面构造。钢管混凝土拱桥的拱肋，当跨径不大时可采用单管截面。单管截面主要有圆形和国端形，单圆管加工简单，抗扭性能好，抗轴向力性能由于紧箍力作用显示出优越性，但抗弯效率较低，主要用于跨径不大（80米以下）的城市桥梁和人行桥中。

肋拱桥中绝大部分为哑铃形断面，跨径从几十米到160m，以100m附近为多。哑铃形截面较之单圆管截面，截面抗弯刚度较大，类似于工字形截面，但由于两圆管的直径与高度之比在1/2.5附近，因而不能视为钢管混凝土格构式截面。腹腔内的混凝土受钢板横向套箍作用机理复杂，缺乏研究，若采用钢管混凝土理论计算，计算将很复杂。由于钢管混凝土拱桥设计理论滞后，现行的计算方法常将其作为钢筋混凝土结构，使这一矛盾并不突出，且考虑到腹腔内混凝土处于中和轴附近，设计计算常将其忽略，而只计及自重。

哑铃形截面的腹板与圆管相接的交角较小，而且上下两管弯曲成型后，腹板的焊接有较大的残余应力，所以加工较为困难，质量不易得到保证。在灌注混凝土过程中，腹板受混凝土压力的作用容易外鼓，所以有时需有拉杆对拉或采用其他措施，这使得较为构造复杂。 从经济角度来说，钢管混凝土构件中钢管的作用较大、所占的造价比重也较大，理应将钢材尽可能地安排在外留（即不计混凝土时，应是箱形断面），而哑铃形截面并没有使所有的钢材都处于截面的外围。这同钢筋混凝土构件将矩形截面变形工字形截面的效果不同。所以钢管混凝土拱桥，在跨径较小时可采用单臂截面，在跨径增大以后应采用行武断面，采用哑铃形截面的跨径范围不应像目前这样广泛。

二、混凝土桥的防护

混凝土的安全防护主要要注意几种，归纳起来可分为两大类：第一类是内部措施，主要是提高混凝土及其钢筋自身的防护能力；第二类被称作外部措施，主要包括混凝土外涂层、钢筋涂层、阴极保护及钢筋缓蚀剂。此两大类措施各有特点与利弊，提高混凝土自身对钢筋的保护能力，是最根本的防护原则。下面介绍几种外部措施：

（一）混凝土外涂层。

1．聚合物改性水泥砂浆。这是近年来发展起来的新型混凝土覆面材料，聚合物大都以乳液形式掺人水泥砂浆中，大大提高了砂浆层密实性和粘接力，其耐久性可与基体混凝土保持一致。但聚合物水泥砂浆毕竟是水泥基材料，原则上是不耐酸的。因此不适宜在较强的酸性环境中采用。

2．渗透性涂层。渗透性涂层在混凝土表面涂覆后，可与混凝土组分起化学作用并堵塞孔隙，或自行聚合形成连续性憎水膜。渗透性涂层材料可深人混凝土内部3～5mm，形成一个特殊的防护层，从而保护钢筋免受腐蚀。还有一种与渗透性涂层既类似又有区别的涂层叫浸渍型涂层。这类浸渍型涂层是用聚合物单体以浸渍的方法渗入混凝土中，并在其内聚合，这类浸渍型涂层只适用于小型构件。

3．混凝土表面涂层。在钢筋混凝土结构物表面，使用耐蚀涂层防止有害介质的渗入，保持混凝土碱度及其结构，以达到防止钢筋混凝土破坏的目的，这也是有效而常用的方法之一。

（二）环氧涂层钢筋。目前镀锌钢筋、包铜钢筋已很少使用，合金钢钢筋（耐蚀钢筋）得到一定发展，特别是环氧涂层钢筋，被确认为钢筋防腐蚀的有效措施之一。环氧树脂粉末涂层还具有极强的耐化学侵蚀的性能，并且涂层具有不渗透性，因此能阻止腐蚀介质如水、氧、氯气等化学成分与钢筋接触，有效地保护了钢筋，使其抗氧气腐蚀寿命至少延长50年。

（三）阴极保护。阴极保护是保护钢筋的有效措施之一。钢筋的氯离子腐蚀实质上是电化学腐蚀。因此可以采用外加电流或牺牲阳极的阴极保护方法，给钢筋提供较高的负电压，使钢筋的电位处于负极（阴极），钢筋的电位降低到阳极开路电压之下，从而有效地保证了钢筋混凝土内的钢筋。

三、总结

混凝土拱桥是一种优势明显、极具发展潜力的桥型，及时总结其应用经验是非常必要的，而开展深入系统的研究则更为重要。因此建议有关方面应重视钢管混凝土拱桥的技术研究，投入较多的经费，组织科技攻关；尽快制定颁发钢管混凝土拱桥的设计与施工规范，以使这一具有中国特色的桥梁结构显示其应有的技术先进性的经济合理性。在当前的情况下，更应慎重注意钢管混凝土拱桥，尤其是大跨径、大规模的钢管混凝土拱桥的安全维护工作，应用现有的技术手段保障这一新品类的桥梁为社会发展作出积极贡献。

参考文献：

[1]黄祖娟，钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护，石油化工设备技术，2006，27(5).

[2]李琮琦，混凝土中钢筋锈蚀的研究进展[J]．建筑技术开发，2002，29(7)：7-9.

[3]陈宝春，钢管混凝土拱桥设计与施工，北京：人民交通出版社，1999.3.