桥梁设计的耐久性问题探讨

郝晓光

摘 要强度在当代设计中受到重视，考虑得较多，而耐久性却常常被忽视，考虑得较少。耐久性需要得到我们关注的原因是在设计中它仅仅被当成了一种概念，既没有对耐久性进行特意地设计也没有明确提出对其使用的年限要求。本文就桥梁设计的耐久性问题进行探讨研究，以期让桥梁设计更加完善。

关键词耐久性；桥梁；设计

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)071-0117-01

目前，在桥梁的设计中，结构耐久性设计没有得都足够的重视和落实，仅仅被当成一个概念高高挂起。这种倾向在一定程度上是造成当前结构使用性能差、工程事故频发、使用的年限短等不良结果产生的原因，这也恰恰与越来越受到国际结构工程界所重视的适用性、安全性、耐久性的趋势背道而驰，与结构动态和综合经济性的要求不相符。

1耐久性的基本内涵

耐久性的解释大体有两种，一个是实际耐久性，二个是理论耐久性。结构对气候对作用、化学侵蚀、物理作用或任何破坏过程的抵抗能力被称作实际耐久性；但在《公路工程混凝土结构防腐技术规范》中對耐久性作出这样的解释，“结构在预期作用和预定的维护条件，能在规定期限内维持其设计性能要求的能力”被称作理论耐久性。通常来说，在满足强度、刚度、稳性和使用功能等要求的正常设计、严格地依照规范和设计进行的正常施工、规定荷载等正常使用以及不使用化冰盐的正常养护条件下，桥梁的理论耐久性具有充足的保障。但桥梁毕竟是暴露在野外环境中，受到各种多变的外界环境冲击，包括水侵腐蚀、冻融破坏、正常和非正常荷载的作用，再加之设计和施工的不当，其生存时间很难与我们预想的设计寿命化等号，所以，理论耐久性是远远高于实际耐久性的。

2桥梁设计耐久性差的原因分析

2.1设计理论与结构构造体系不完善

在桥梁的结构设计中，选择经济合理的结构方案是首要的一项任务，然后才是分析和连接结构以及设计构件，并依靠规范规定的可靠性指标或安全系数使结构的安全性得以保证。然而诸多的设计人员却忽视从结构材料、结构体系、结构构造、结构耐久性、结构维护以及频繁出现于设计、施工到使用全过程中的人为错误等方面对结构的安全性进行加强和保证，只是片面的迎合于规范规定的结构强度计算上的安全度。致使有的钢筋的直径过细、混凝土的强度等级过低、构件的截面过薄以及保护层的厚度过小；有的受力路线和寸算图式不明确，导致整体受力不均，局部受力过大；有的整体性和结构延性不足，冗余性小；这些都将导致结构耐久性的极大削弱，严重影响着结构的安全性。

2.2环境对桥梁结构耐久性的影响

桥梁的施工和使用环境与设计环境总是存在或多或少的差别，所以环境影响是非常重要的。在抗拉强度上，混凝土的抗拉强度大约只占10%。这使得混凝土结构很容易在早期强烈的干缩应变反应、水化热加上冲击荷载、日晒雨淋、环境湿度和温度的影响下产生裂缝。发生开裂之后，钢筋表面的钝化膜会因氯离子和水分子的入侵遭到破坏，钢筋被腐蚀，钢筋表面与混泥土之间的化学胶结力被严重破坏，直接导致钢筋与混凝土无法很好地完成协同工作。使混凝土构件的强度和刚度逐渐被削弱，结构的耐久性也因此遭受严重的破坏。

3桥梁设计耐久性差的对策分析

3.1重视桥梁的超载问题

主要存在以下三种桥梁超载的情况：一是桥梁修建时期早，超龄负重运营；二是桥梁上原设计的车流量不能满足实际要求；三是车辆违规超载。前两者产生的主要原因是交通量的增加和设计荷载的变化；后者是由于我国的运输中车辆超载现象非常普遍，大多数车辆使用者违法超载营运造成的。桥梁的超载一方面会导致疲劳问题出现。超载会让桥梁的疲劳应力幅度增高，加剧损伤程度，还会导致一些超载引起的结构破坏事故出现。另外，超载对桥梁内部造成了无法修复的损坏，使桥梁发生在正常荷载下工作状态的变化，桥梁的安全性、耐久性可能会受到危害。桥梁急需解决安全性与耐久性不足的问题，要积极借鉴国外成功的经验和做法，不仅要加强施工质量的监管力度，还要从桥梁构造角度与结构体系以及设计理念出发做好耐久性的设计。同时也需要在影响桥梁结构耐久性的疲劳和超载上面进行研究。

3.2重视结构的耐久性

在桥梁过程的建造和使用中，受到有关环境与有害化学物质侵蚀是肯定的，还要对车辆、地震、超载、疲劳、风、人为因素等等的外来作用有一定的承受力，同时构成桥梁的材料性能也会不断的减退，从而使得各部分结构发生不同程度的劣化甚至损伤。自1980年以来，国内在大跨桥梁领域中大量修建斜拉桥；至今为止，虽然严重倒塌或损害的例子很少出现，但多座桥梁已不得不提前换索以解决拉索的耐久性问题，造成经济损失和使用受到影响。值得注意的是，导致这类问题出现原因很多都与耐久性没有进行合理的设计有关，这也迫使我们不得不重新审视桥梁的耐久性问题。

3.3重视研究疲劳损伤

风荷载和车辆荷载都是桥梁结构所承受的动荷载，在结构内会产生的应力是循环变化，会造成结构振动和累积疲劳损伤。由于桥梁采用的并非是连续和均匀的材料，存在着很多细微的缺陷，在荷载的循环作用之下，会使这些微缺陷慢慢的合并、发展造成损伤，还会逐渐使材料中宏观裂纹。如果不有效地控制宏观裂纹，极可能会对结构和材料造成脆性断裂。但是我们又很难检测出早期的疲劳损伤，很可能带来灾难性的严重后果。

疲劳损伤在过去一直被看做钢桥设计中最关键的问题，其在较多钢材开裂案例中都有所体现，而许多引起桥梁垮塌的例子原因也是疲劳断裂。近些年来，虽然疲劳损伤研究已进入了混凝土结构，但对使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能仍然要做更深入细致的研究。在疲劳损伤的研究中，不仅是指整个结构，实际上经常因为某些关键部分的局部疲劳的失效，导致整个桥梁结构失效，如在斜拉桥拉索锚固端出现的疲劳损害。

4总结

在桥梁的整个设计、施工、维修保养的过程耐久性的问题应该得到全面贯穿，一座桥梁必须先天建造优质，后天维护得当，仅仅片面地靠后天维修养护或是先天优质建造来延长其寿命，都是不可能做到的。目前，大规模的新桥正处于建设之中，应该把如何将结构耐久性更多地在设计、施工、养护中得到考虑当做重中之重。

参考文献

[1]张树仁,王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].人民交通出版社,2008.

[2]刘秉京.混凝土技术[M].人民交通出版社,2009.