浅析影响桥梁结构耐久性设计

李海洋 解路

【摘要】针对桥梁运营中经常出现的影响结构安全和耐久性的问题，从设计角度提出了相应的改善措施，为桥梁细部设计提供了有益的参考。 本文将从当前桥梁工程建设的细部设计出发，分析影响桥梁结构耐久性的主要因素及其存在的问题，进而提出提高桥梁结构耐久性的有效对策，希望能给桥梁细部设计工作者带来一定的启发与帮助。

【关键词】桥梁结构；耐久性；细部设计

1 引言

随着交通建设事业的蓬勃发展，桥梁服役年限日渐增长，桥梁结构中会不可避免地出现表面和内部缺陷，这些缺陷往往具有很大的危险性，如果管养和维护不好，桥梁的寿命将会大大缩短， 甚至会发生突然的破坏，造成人民生命财产损失。桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会之中，这就对桥梁结构的设计提出了更高的要求。因此，为保证桥梁工程建设的质量，减少安全事故的发生率，必须加强对桥梁结构耐久性的细部设计。

2 影响桥梁结构耐久性细部设计的主要因素

2.1 不重视环境侵蚀对桥梁耐久性的影响

以桥梁的混凝土结构为例，对其耐久性产生影响的主要包括腐蚀、碳化、裂缝以及钢筋的锈蚀等问题。因为在结构设计过程中， 没有从施工环境，诸如工程结构周边的土壤、化学介质等侵蚀因素等对桥梁耐久性予以考虑。尤其是随着现代环境由于污染情况日益严重，其对桥梁结构的侵蚀性影响更加严重。同时，在设计过程中没有考虑对混凝土结构中存在的碱骨料反应、碳化、徐变以及材料性能差异等方面的影响，使得桥梁的混凝土结构在应用过程中出现了裂缝、破损等问题，影响到了桥梁的应用耐久性。[1]

2.2 结构域构造细节不合理

在桥梁总体设计方案中，如采用预应力结构或钢筋混凝土结构，简支或连续，T 型梁或箱梁以及跨径比例、断面尺寸的拟定等众多结构域构造问题，不但影响经济性，对桥梁耐久性能也有很大影响，若选取的结构不合理，可能导致桥梁结构耐久性不足， 为营运后桥梁出现病害埋下了病根。另外，部分设计过程中缺乏足够的保护层厚度、砼强度等级过低、桥梁构件的截面过薄以及钢筋直径过小等问题，这些因素都影响到了桥梁结构的持续性以及耐久性的影响。

2.3 施工工艺考虑不足

在设计工作，没有考虑到桥梁结构施工质量及施工工艺的可执行性，导致施工结果不能满足设计工艺需求。在施工过程中， 存在着过于追求施工进度而导致结构不能达到验收标准的问题， 给桥梁工程留下了安全隐患。特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，这也与施工质量低下有重要关系，对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等，所造成的后果是非常严重的。

3 提高桥梁结构耐久性细部设计的有效对策

3.1 强化耐久性细部设计理念

桥梁施工风险源大致可分为两大类：自然风险和人为风险。自然风险有地震及地震引起的海啸、滑坡、山崩、泥石流、洪水等水文地质灾害。台风、龙卷风和飓风、暴风雪、严寒、酷热等气象灾害，人为原因有设计的错误、施工管理的错误和问题、施工操作的错误等。2004 年颁布的桥梁规范5 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6 中明确规定了结构混凝土在最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大含碱量等方面的要求， 这是对于桥梁结构耐久性最基本的要求， 设计时应遵照执行。{2} 一方面，承包商需要合理选用设计单位， 以保证设计单位的设计质量；另一方面设计单位需要意识到细部设计理念的重要性，不断强化本单位设计人员的设计理念，树立耐久性设计思想并贯穿于整个设计过程的始终。

3.2 合理选择桥梁结构体系和材料设备

一般来说，在桥梁结构的设计过程中，提高桥梁结构耐久性的具体方案主要包括有以下几种：

①提高保护层的厚度。混凝土桥梁结构内通常布置着大量的鋼筋，一旦保护层破坏或者厚度不合理，将导致水分、空气及其他物质进入腐蚀其钢筋，导致结构的耐久性下降。所以，桥梁结构的保护层越厚，钢筋就越有可能避免长时间的侵蚀，钢筋锈蚀的速度就越低，从而桥梁结构的使用就越耐久。

②选择高性能的材料。如高屈服、高强度、高水平钢材的断裂韧性、焊接性能好， 耐腐蚀等，使用环氧涂层钢绞线和钢筋， 防止钢绞线和钢筋腐蚀，优选高性能的混凝土，在桥面铺装中使用环氧沥青混凝土，可以增加强度、耐磨性及密实度，从而使桥面有更好的耐久性。对于水中下部的桥墩， 建议使用抗渗性能好的混凝土，混凝土配合比设计中，严格控制混凝土的有害裂缝。混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大，一般情况下，钢筋混凝土中氯盐掺量应少于水泥重量的1%，掺氯盐的混凝土必须振捣密实， 且不宜采用蒸汽养护。

③结构或部件的合理选型。如果想要提升桥梁结构的整体刚度，降低桥梁的疲劳振动的话，那么就应该尽量采用箱形断面。另外还要尽量选用全预应力结构，这样才能保障截面在使用过程中不会出现拉应力，进而防止结构出现裂缝。[3] 在设计构建截面的时候，钢筋之间的距离应该适宜，以便振捣，从而保障混凝土的密度和强度。

3.3 建立完善的桥梁耐久性评估机制与监督管理机制

正所谓“无规矩不成方圆。”由于桥梁的使用时间比较长， 因此其耐久性在短时间内难以真正评估。若证明一所桥梁的耐久性程度，必须经过长期的监测材料积累才能实现。目前在工程建筑领域使用比较广泛的一种评估方法叫做“钢筋混凝土结构耐久性评估法”，该方法根据工程建筑监测数据，对各个结构的安全性和可靠性进行综合的评估，并在此基础上预测出其在今后的使用过程中可靠性的下降情况，最终对建筑结构的耐久性进行评级。

另外，在桥梁结构工程的设计过程中，还可以从内外两方面加强其监督管理工作：一方面，需要设计单位加强内部监管机制， 不断提高设计人员的专业设计水平，要求设计人员从单位整体利益出发，根据承包商乃至客户的需求设计出令其满意的设计方案， 对于出于自身利益考虑而故意造成设计失误的人员予以相应的惩罚；另一方面，需要承包单位加强对设计人员的外部监督管理， 选择高技术高水平的设计单位，将有效的信息和要求提供给设计人员，对于细部设计过程中不满意或出现问题的地方应及时与设计人员沟通，并要求其及时作出修改，从而提高桥梁结构细部设计的质量。只有建立一套完善的桥梁耐久性评估与监管机制，才能做到防患于未然。

4 结束语

总之，桥梁结构耐久性的细部设计问题的研究是具有长期性和复杂性的重要课题。我们应高度重视桥梁结构的耐久性问题， 创新设计思路，不断提高设计水平，以提高桥梁结构的耐久性， 相信在广大设计工作者的共同努力下，我国桥梁结构的耐久性将会在整体上得到提高，从而最大程度的实现桥梁工程建设的经济效益与社会效益。

参考文献：

[1]朱平华，金伟良，倪国荣等.在役混凝土桥梁结构耐久性评估方法[J]. 浙江大学学报（工学版），2006，40（4）：658-667.

[2]乔琪.浅析桥梁结构耐久性[J]. 价值工程，2011，30（14）：89-89.

[3]陆凯.试论桥梁结构耐久性病害的成因[J]. 城市建设理论研究（电子版），2013，（15）.