预应力桥梁结构耐久性与剩余寿命研究

巫容初（福建省龙岩市连城县交通局，福建　连城　366200）

预应力桥梁结构耐久性与剩余寿命研究

巫容初
（福建省龙岩市连城县交通局，福建连城366200）

本文主要介绍预应力桥梁耐久性程度的概念和分类，分析了影响桥梁耐久性的一些因素，如混凝土、氯离子、钢筋的腐蚀或侵蚀，并指出了桥梁寿命的预测方法。

预应力桥梁；耐久性；桥梁寿命

1　前言

混凝土得到了广泛应用，对提高混凝土寿命的研究与技术革新也在不断的进行，以便能使混凝土更好的得到使用，更好的为人们的生活和生产服务。在桥梁工程方面，体外预应力技术是桥梁结构中最为常用的一种结构，采用这种结构的桥梁称为预应力桥梁。它简单易行，便于施工，能很好的改善桥梁的受力作用，对桥梁有良好的加固作用，同时不影响正常的交通使用，在桥梁建造领域得到了广泛的推广应用。预应力桥梁会受到自然和气候等因素的影响，这些影响因素作用于预应力桥梁会产生腐蚀锈变，预应力桥梁会受到一些损坏，使预应力桥梁的寿命缩短，影响正常使用功能，有时还会造成严重的坍塌，给正常的生产和生活带来不良的影响。所以相关人员相对预应力桥梁的耐久性和剩余寿命进行研究，只有这样才能了解桥梁的相关情况，并使得桥梁的质量更加坚固，建造技术更加成熟。

2　预应力桥梁要保持耐久性所能承受极限状态

2.1什么是预应力桥梁保持耐久性所能承受的极限状态

所谓预应力桥梁耐久性的极限状态，是可以使桥梁达到正常的使用状态，所用的最长时间。如果桥梁在使用过程中出现了裂缝，就不能正常使用了，它的耐久性就会受到影响，同样的如果桥梁结构出现了裂缝，使桥梁遭受振动，也会引起桥梁耐久性的破坏。

2.2预应力桥梁保持耐久性所能承受的极限状态的分类

预应力桥梁的耐久性极限值可以体现在三种状态下，第一种是预应力桥梁的钢筋发生了轻微的锈蚀；第二种是预应力桥梁的表面受到了一定程度的损伤；第三种是预应力桥梁因为外界因素的影响产生了严重的锈蚀。如果是普通的钢筋，它的外表层如果有锈蚀，也会影响其耐久性，预应力桥梁更加严重的锈蚀下也会影响耐久性。

3　桥梁的耐久性受到影响的因素

3.1混凝土因为碳化腐蚀而影响桥梁的耐久性

混凝土如果发生碳化反应，刚开始结构是不会受到明显的影响的，时间一长强度会越来越弱，碱性部分被耗用，钢筋表面就会失钝，如果是高强度的应力失钝现象会更加严重，混凝土如果发生碳化反应也会收缩出现变形，严重时就会产生裂痕，钢筋和混凝土之间会不再粘合在一起，保护层越来越失去保护作用。

3.2氯离子不断扩散侵蚀，会使影响桥梁的耐久性

预应力桥梁的氯离子扩散侵蚀主要是桥梁结构中有了氯离子的侵入，氯离子一般会渗透到混凝土里面的外添加剂和水里面，久而久之进入了桥梁结构，然后开始大肆破坏，钢筋的表面因为氯离子的扩散就开始受到侵蚀。氯离子入侵后会使钝化膜受到破坏，钢筋失去了外层保护，久而久之就形成了一个腐蚀结构的电极，钢筋的有些部位会出现因腐蚀造成的小坑。钢筋中还会发生极人反应，极化反应不会使造成数量的减少，但是会不断的对钢筋进行腐蚀，最后影响预应力桥梁的寿命。

3.3钢筋锈蚀

预应力桥梁所用的混凝土是碱性的，如果混凝土中不小心混入了氯离子，会破坏其中的碱性特质，就会对混凝土造成破坏，混凝土对钢筋的保护作用就会大大削弱，钝化膜受到了氧化作用，并受到了非电解溶液的侵入，电化学的腐蚀性越来越强，腐蚀形成的电流对钢筋表面会形成致使的伤害，甚至于会加速破坏钢筋，预应力桥梁的耐久性越来越受到影响。

4　预应力桥梁寿命的预测方法

（1）建立模型。要想计算预应力桥梁的剩余寿命，首先就要建立一个模型，然后得出预应力桥梁受到外力的作用影响耐久性产生裂缝的极限状态的方程式，结构在使用时是否耐久，是与桥梁结构的正常使用时间相关的。计算时依据公路桥梁规范，就可以计算得出预应力桥梁受到外力作用影响耐久性产生裂缝的极限状态的方程式。

（2）确定桥梁耐久性寿命期内的荷载。车辆所能承受的荷载量是与车辆本身的重量、车与车之间的距离、轴重以及轴距是有很大关联的，根据公路桥梁的运行状态，可以算出预应力桥梁所能承受的荷载，然后可以用建立的模型中的车辆荷载的情况，算出桥梁的自重值和桥梁的附属物的重量，然后推算出恒载变异系数，就可以得出这样的结论：恒载变异系数的模型分布是正态的。

（3）构建时变抗力概率模型。在桥梁正常使用时，结构抗力会与时间呈正相关的关系，也就是说时间向前，它也会不断变化，时间轴不同，结构抗力的概率也是不尽相同的，如果环境和腐蚀条件有变化，桥梁的结构抗力也会随之而变。在对桥梁的耐久性进行分析时，要考虑桥梁的结构性能、计算模式、几何参数等因素，将抗力作为基本的变量，也要考虑基本变量的时变规律。

（4）耐久性剩余寿命。一是要对结构的相关指标进行确定，如温湿度、数学尺寸、保护导厚度等；二是要确定桥梁结构的寿命和钢筋可能会生锈的时间；三是要对桥梁的耐久寿命和设计基准周期进行假设；四是在计算时间时，要用极限方式来做，要综合考虑碳化和氯离子的影响，从剩余寿命和荷载曲线两个方面来算出桥梁的剩余寿命。五是如果求出了可靠指标，将它的值与初始值进行比较，如果可靠指标大于初始指标就要按照第三步进行反复求解，如果是小于的话，就将此时的桥梁剩余寿命的可靠指标进行记录即可。

5　小结

预应力桥梁是一种被广泛使用的桥梁施式形式，和其他的桥梁一样它也会受到外面环境的影响，所以就必须对桥梁的寿命进行分析，通过分析可以提出应对对策，以便促进我国道路桥梁的通行，同时也会间接增加经济收益。本文分析了使桥梁更具有耐久性的最长时间具有的状态，介绍了这个极限状态的含义、相应的分类和相关的设计，并介绍了导致桥梁耐久性受到影响的因素，这些因素包括混凝土、氯离子和钢筋等受到的腐蚀或侵蚀。最后分析了桥梁剩余寿命的预测方法，预测流程是这样的：建立模型→调查荷载能力→建立时变抗力概率模型→求解剩余寿命。

［1］陈峰.预应力桥梁结构耐久性与剩余寿命研究［D］.西安：长安大学，2011.

［2］陈铭军，刘小波.预应力混凝土桥梁的耐久性研究［J］.四川建筑：2009（03）：107-109.

［3］徐栋，徐海军.预制节段体外预应力桥梁的耐久性评述［J］.同济大学学报（自然科学版），2003（11）：1261-1265.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.112