探究桥梁细部设计对结构耐久性的影响

■刘金桥 ■江西同济设计集团股份有限公司，江西 南昌 330000

在进行桥梁的细部设计时，需要围绕“安全、适用、经济、美观”的总体要求综合考虑众多因素，在实现构件功能的同时，简化结构受力模式，与周边环境的协调美观，降低构件的全寿命成本，提高构件的耐久性，结合当前当地的施工工艺水平降低施工难度，方便后期桥梁养护及维修加固，降低建设项目管理的风险及难度等。其中提高构件的耐久性对降低全寿命成本及后期养护难度至关重要。在进行桥梁细部构件设计时，尤其要充分调研构件在桥梁施工及使用中各种可能的环境条件及其对应的内力状态，评估其在最不利工况组合下的耐久性，以此来选择满足功能及耐久性要求的材料及构造尺寸。随着国内养护经验的积累，耐久性的问题渐成规模并逐渐被桥梁界所重视。纵观这些耐久性问题，多数源于桥梁细部的处理不到位，这一定程度上受到桥梁建设时的社会工业水平、经济水平、桥梁建设水平等的限制。当前社会的工业水平、经济水平、桥梁建设水平已有了突飞猛进的变化，新建的桥梁理应具备更好的耐久性，这也是当前桥梁建设者应该承担的历史使命。

1 细部设计对桥梁结构耐久性的影响

1.1 人为因素对结构耐久性的影响

在进行桥梁细部设计的过程中，设计人员很多都是把重点放在了桥梁的主体结构的强度、稳定性以及耐久性等方面，对桥梁细部构件仅仅考虑其强度及稳定性，而耐久性常常只提出钢筋最小净保护层厚度或钢构件防腐的要求。此外很多设计单位在桥梁附属结构设计中直接采用由专业厂家提供的产品通用图，对这些通用图的细节处理并未去深入探究，对厂家安装亦未提出具体要求。而专业厂家未必对整座桥梁的总体设计意图有全面深入的理解和掌握。很多设计单位在实际施工前亦未对施工总包单位或专业安装单位进行专门地技术交底，存在设计与安装施工脱节的情况，这是导致很多桥梁附属结构与主体结构的连接处出现防水防渗问题、应力集中疲劳破坏、裂缝扩展钢筋锈蚀等耐久性问题的主要原因之一。在国内的建设项目中，设计单位处在工程技术的制高点，设计成品的优缺直接影响着工程的总体质量，作为设计师，务必要有强烈地责任心、专业素养和职业操守，对每一个设计细节都要做到一丝不苟，仔细考究，特别是对于细部的设计处理应予以足够的重视。

1.2 在构件上出现超出设计技术标准的作用对结构耐久性的影响

桥梁设计依据由规划规范得到的技术标准结合桥梁所在地的气候环境水文地质等情况确定出现在桥梁上的各种作用的标准值，进而确定桥梁合理的结构构造及配筋。在实际的使用过程中，如果出现在桥梁上的作用超出设计阶段考虑的作用如汽车超载、火灾等，桥梁突破弹性工作范畴将出现开裂、塑性变形等不可逆的损伤，改变了桥梁的无应力状态。开裂导致钢筋保护层不够，或钢材防腐层破坏，将引起钢筋、钢材的锈蚀，降低结构的承载力及耐久性，严重者将直接造成桥梁垮塌。设计时要充分考虑可能出现在桥梁上的作用，并按各种作用的最不利效应组合对结构进行设计;竣工验收时参与建设相关方一定要把桥梁竣工时的结构状态参数等资料完整地移交给养护管理单位，并对桥梁后期养护及交通管理等的注意事项进行交底;养护期间养护单位按养护相关的规范标准进行检测养护，对影响结构耐久性的裂缝等因素进行检查评定并及时修补。

1.3 设计中对施工过程中的间接作用未足够重视影响结构的耐久性

在进行桥梁的设计中，相关人员对施工过程中桥梁温度的效应、混凝土的收缩等都应给予充分考虑。施工过程间接作用引起的结构裂缝等塑性变形及组合截面形成时的应力状态变化等都将改变结构的无应力状态进而影响永久结构，对桥梁的耐久度产生很大的影响，如大跨径连续梁，施工过程中产生的梁体裂隙的积累对成桥后梁体过度下挠产生非常不利的影响。

2 桥梁设计中提高结构耐久性的措施

2.1 合理选择桥梁各部分构件的混凝土材料

桥梁所使用的材料的防水防渗防腐能力直接影响着结构的耐久性。桥梁各部分材料的选择是一项系统工程。构件的材料选择在考虑经济性的同时因其在整座桥梁的作用地位、各种作用组合下的应力状态及其正常使用或极限状况下所处的外界微环境而异。一般情况下，一座桥梁自上而下各部位的微环境呈以下分布:桥面及以上直接承受风吹日晒雨淋，受到车辆等的直接作用，故这部分构件须进行足够的防腐、耐磨、防水防渗及排水设计，确保水不渗入结构主体，对结构安全及耐久性造成危害;桥梁结构主体如梁体一般在桥面铺装层的保护下不受水的侵蚀，不直接承受日晒和车辆的作用，但也要考虑大气环境的腐蚀，施工过程中要做好施工缝及砼浇筑时的养护等工作，避免出现非结构性的裂缝;桥墩及桩基可能处于水中，随着地表或地下水位的变化，存在干湿交替现象，随着温度变化，出现冻融循环等等不利环境作用，故对这部分构件的混凝土材料的选择要特别注重抗渗抗冻性，以及浇筑时的水下砼性能等。

2.2 桥梁支座的耐久性设计

支座连接桥梁上部结构和下部结构，是受力非常集中且比较薄弱的构件。在实际的设计中，除确保足够的抗压承载力外，还应特别关注其摩阻系数及转角位移量。对于纵坡比较大的桥梁，除要求支座上下支承面水平外，还应充分考虑汽车加速度等桥面切向力在支座上产生的水平剪力，对支座进行抗剪强度验算。对横向刚度大的上部结构下单排设置的多个支座，要严防并充分考虑支座的不均匀受力。在条件允许的情况下，尽量不要出现单排三个及以上支座的设计。

2.3 桥梁附属结构的细部耐久性设计

桥梁附属结构作为桥梁主体结构的第一道防护，对结构的耐久性起着非常重要的作用。在平常设计中，桥梁附属结构的设计常常被忽视。桥梁伸缩缝的设计通常直接采用厂家提供的产品图，很多时候忽略了伸缩缝与桥面铺装层相交处的细节处理，导致相交处出现排水、防水、防渗方面的问题，引起主体结构的锈蚀及伸缩缝的过早破坏。很多设计文件中伸缩缝的止水带在横桥向两头未翘起，导致积水直接排至梁体或支座上，引起梁体、支座的锈蚀。此外，在施工桥面或伸缩缝时，很多杂物通过伸缩缝处梁缝掉至台帽上，限制梁体的自由伸缩变形。人行道的设计未考虑人行道板下地梁间空间的排水，对人行道范围内的桥面防水防渗亦未考虑，导致人行道范围内的耐久性问题。设计文件中一般对台背回填填料及其压实度都有很明确的要求，但桥台构造设计的不合理，导致回填时净空不够，压路机无法碾压，台后的压实度达不到要求，引发桥头跳车。

3 总结

通过以上结构耐久性问题的分析，有助于我们在桥梁的细部处理中做好结构的耐久性设计。影响桥梁耐久性的因素有很多，其中比较容易忽视的就是桥梁细部设计方面的因素。合理的桥梁细部设计是提高桥梁结构耐久性的基础。在平常的设计工作中只有把桥梁的细部设计做好，才能从根本上确保桥梁结构整体的承载力、稳定性、以及耐久性。

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