基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究

郝唯龙

身份证号码：15282419881211101X

基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究

郝唯龙

身份证号码：15282419881211101X

在我国，关于混凝土桥梁结构的耐久性设计及研究在持续进行，并已经研究出了许多实用的防治对策。混凝土结构有较多的优点，然而，因为其耐久性引发的桥梁结构质量降低和工作寿命退化却令混凝土桥梁结构的发展进人瓶颈。桥梁设计中如何考虑周到混凝土结构耐久性问题，一直是工程界研究的课题之一。鉴于此，本文主要分析基于耐久性混凝土桥梁结构设计。

耐久性；混凝土桥梁；结构设计

1 、混凝土桥梁结构耐久性的研究概况

目前我国已建成不同使用用途的桥梁犯万座，其中，拱桥、悬索桥、斜拉桥等各种特大桥均已进行世界尖端水平行列。但由于车辆类型的变化、汽车荷载的增加和道路交通量的增长，使得原有桥梁的设计结构不能满足当前的交通要求，为了提高桥梁可靠性则需要对混凝土桥梁结构耐久性进行新的决策。

为了解决混凝土桥梁结构耐久性问题，上世纪80年代以来，国内外展开了对混凝土桥梁结构材料耐久性退化机理和结构耐久性的研究。已有的研究成果表明混凝土耐久性退化通常由下面几个因素导致：钢筋锈蚀、混凝土的冻害、混凝土的渗透性、碱一集料反应、混凝土内部的氯离子反应、混凝土的碳化。

混凝土耐久性较低的原因除了与日常保护不周有关，还受到考虑不全的结构设计和施工方式影响。在房建或是桥梁结构设计中，设计者多是把设计的重点放在结构强度上而结构的耐久性问题往往被忽略。为了加快工期而使用的不合理施工方法也极易降低混凝土结构的耐久性，后期养护工作的不到位使混凝土结构发生磨损、裂缝都是导致混凝土结构耐久性不足的原因。

2 、基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究

2.1 结构体系

延长使用时间的决定因素之一是合理的结构设计，能够弥补结构计算的不足。结构体系的优化设计应从结构的强健性和整体性考虑，遵循构件设计的合理传力原则和可检性、可修性、可替换性原则。结构构件的承载能力和整体牢固性可对抗洪水、地震等自然灾害和人为因素造成的灾害，以往的设计偏重于强度的计算而忽略整体牢固性的设计，简支-连续梁桥和整体式桥梁都是使用时间较长的桥型。从目前为止的对于桥梁的认识来看，越早发现桥梁被破坏的地方，就能够用越少的资金将桥梁修护好，并且也不会减少桥梁的使用时间，因此桥梁结构设计中要遵循容易检查和维修的原则。

2.2 防水体系

国外的研究表示，钢筋腐蚀是目前需要解决的首要问题，由此来预防混凝土受到影响。由化学知识可以得出，水是造成腐蚀的主要因素，不论是碳化还是氯化物的腐蚀，都是水引起的。因此，在进行桥梁设计的时候，防水是十分重要的一个环节，不仅仅要注重桥梁的防水问题，同时还要保证桥梁能够将水及时排出和清理，这就需要桥梁具有良好的排水设计。

排水：确保水流快速集中排出。排水系统必须坚固耐用，结合点位于便于检修的部位，与主要排水管道的连接相协调。

防水：桥面防水层铺装料应有良好抗渗性、耐高低温性能、边缘密封性和对桥面的适应性。

2.3 伸缩缝构造

对于桥梁的使用时间来说，伸缩缝的设计是十分重要的一个环节。由于伸缩缝是桥梁中十分容易被破坏的结构，所以对于伸缩缝的设计就显得尤为重要。同时，对于伸缩缝的维修也需要引起足够的重视，这样才能够增加桥梁的使用时间。在其他的欧洲国家之中，对于伸缩缝也有本国的标准，例如使用寿命最少为40年，并且所有伸缩缝都应提供排水系统，以保护桥梁结构表面及桥台不受腐蚀，在允许部分车辆通行条件下可以进行更换。

2.4 支座构造

桥梁支座在耐久性设计时应考虑支座采用的材料是否可以抵抗环境锈蚀和侵袭，在其细部设计中应该排除可能堆积的尘土和水汽。在一定的情景之中，如果支座没有达到预计的使用时间，那么就应该在支座的顶端留有一定的空余位置，由此来存放千斤顶等等，来减少桥梁之后的维修费用。同时，这样也是为了更加方便于技术人员对桥梁的维修。

2.5 可施工性构造

对于耐久性，以上几点还是远远不够的，施工程度的多少也是影响的因素之一。在一定的条件之中，设计者应该设计能够让施工者灵活运用并且容易上手的设计方式。

2.6 考虑荷载与传力效果的桥梁构造设计要点

在混凝土桥梁中的拉压杆构造设计中，它的主应力迹线保持与杆件轴线呈平行关系，且确保传力路径始终与杆件长度相等。如果杆件受力弯曲时，桥梁梁内的任意一点就应该处于二向的基本受力状态下。在对桥梁结构进行设计时，无论是桥跨结构亦或是支撑结构，它的横截面内或细部构造受力都应该与梁受力相互吻合，使得传力路径简易化，这有利于延长混凝土桥梁的生命周期，同时优化它的耐久性。

2.7 考虑应力均匀流畅的设计要点

大跨度混凝土桥梁一般构造相对复杂，所以它的结构体系是否合理也直接影响到了混凝土结构的受力特性和耐久性能。此处应该借鉴国外的“压杆—拉杆—模型法”来对桥梁的混凝土结构应力与钢筋应力实施重新配置，建立桥梁支座与拉压杆模型，使得桥梁的拉压杆位置都能拥有足够的受拉钢筋，保护其结构耐久性。

另外，混凝土桥梁的桥跨结构一般都会受到较大的拉应力，存在钢筋腐蚀、结构疲劳等问题，因此要求在设计过程中充分考虑其耐久性问题，尽量缩短桥梁的应力传力路径，并提高材料强度，充分考虑几何分线性对桥梁混凝土结构的具体影响，控制其内力作用，合理设计桥梁中各个构件之间的荷载受力，使得整个桥梁的受力均匀，传力简捷。

总之，目前，国内混凝土建筑的使用寿命在30～40a，之后需要大面积修缮才能持续使用。其中，处于热带风暴、海风侵蚀的东南沿海建筑，其使用寿命为35a左右。部分建筑工程使用12～15a就出现钢筋锈蚀、混凝土裂纹和结构组件刚性降低等问题，形成大量混凝土固体垃圾。混凝土结构耐久性设计属于现代施工技术范畴，可以有效地减少工程的后期隐患的发生率，保证建筑的可持续使用。

[1]于国功.混凝土桥梁结构的耐久性问题与优化对策分析[J].工程建设与设计，2016.

[2]马文华.耐久性混凝土桥梁结构设计[J].交通世界，2016.