影响港口工程结构性能的因素探究

摘 要：中国是世界上人口最多的国家，也是世界级的港口大国。人们的日常出行和物资运输都离不开港口的高速运转，再加上我国对港口的建设和养护关键技术突破的战略需求，所以对影响港口工程结构性能的因素进行研究十分必要。笔者根据工作实践和翻阅相关资料，从研究意义和因素探究两个方面，来阐述港口结构性能的建设和养护重要性。

关键词：港口工程；结构性能；影响因素

我国的大部分港口工程设计更注重施工期的安全性和强度，但没有考虑结构的耐久性，可维护性和可交换性。成本估算和经济性更关注建设成本，而且在建设成本，维护阶段的维护和部件更换方面成本差异相对较小。分离建设和种植，重视短期投资和长期经济考虑是不够的。如何规范港口工程设计、施工、运行和维护管理，优化各阶段成本，延长港口工程的使用寿命，充分发挥运输基础设施资产在整个生命周期中的服务效能已成为水利行业面临的巨大挑战。

一、 研究港口工程结构性能退化的意义

港口工程的结构性能从竣工开始就不断受到各种因素的侵蚀，所以正确理解港口工程的结构退化特性是结构耐久性设计，维护管理和降低生命周期成本的前提和关键环节。从另一个角度来说，如果对港口工程性能退化没有系统合理的预测分析方法，研究人员实施科学合理的设计，维护和实际工程使用是不可能的。因此，有必要对结构性能退化进行深入研究，系统分析结构退化机理及其影响因素。建立结构性能退化模型，对结构性能从定性到定量进行分析和判断。通过对港口工程高桩码头性能退化问题的研究，一方面有助于对现有高桩码头结构进行性能评估，并选择正确的结构修复方法；另一方面，有利于提高新建高墩碼头工程的设计水平和施工质量，保证结构的正常运行。它还为修改规定、设计高桩码头和管理码头提供了基础。

二、 影响港口工程结构性能的各种因素

（一） 钢筋锈蚀的影响

钢筋锈蚀对结构性能和安全性能的影响主要体现在以下两个方面：由于钢筋的腐蚀，其横截面积减小，延展性降低，机械性能下降。钢筋腐蚀产物的体积膨胀会导致混凝土开裂和保护混凝土层开裂甚至脱落。因此，结构的机械性能和耐久性降低，并且钢筋的腐蚀对混凝土性能的劣化具有很大影响。

（二） 混凝土裂缝的影响

港口工程建筑物处于复杂和严酷的工作环境中，包括波浪、潮流、冰、潮汐差异、风、船舶碰撞和温度差异。在长期荷载作用下，结构容易开裂和破裂，导致结构表面出现裂缝。混凝土结构的开裂是混凝土结构性能恶化的宏观表现。由于破裂，导致性能下降的各种侵蚀性介质会加速混凝土结构的扩散和破坏。由此产生的裂缝会导致其他疾病的发展和发展，例如腐蚀溶液的侵蚀，冻融破坏的扩大，钢筋的腐蚀以及混凝土碳化的加剧。港口工程混凝土结构的耐久性会造成很大的危害，这将导致结构性能的下降。目前对钢筋锈蚀与混凝土裂缝宽度关系的长期试验研究并不多，混凝土裂缝宽度在工程设计中需要严格控制。这也是调节各国混凝土构件裂缝宽度时要考虑的主要因素。

（三） 多因素耦合作用的影响

现有的研究结果表明，氯离子在不同年龄和负荷水平下的扩散渗透深度两者随着载荷水平的增加而增加，并且随着加载时间的增加而增加。荷载作用下混凝土的应力状态对氯离子的扩散有一定的影响。与处于非应力状态时相比，压应力降低了混凝土中氯离子的扩散系数，拉应力加速了混凝土中氯离子的扩散。拉应力的存在会加速混凝土的碳化，载荷与由冻胀应力产生的微裂纹相互作用，导致微裂纹快速膨胀，从而导致结构脆性破坏。

（四） 碱骨料反应的影响

碱骨料反应是混凝土、水泥、外加剂和水中的原料与骨料的混合物发生的复杂化学反应。所得产品的水膨胀导致混凝土内部应力，引起膨胀和开裂，导致混凝土的性能损失。一旦发生碱骨料反应，混凝土的所有部分都会出现膨胀应力，混凝土本身也会开裂。碱集料反应产生的裂缝是膨胀性裂缝，在没有约束条件下会出现网状裂缝；在约束钢筋的情况下，由于受钢筋约束力的影响，沿着支管存在裂纹，并且当骨料膨胀时，碱骨料反应导致整个构件伸长，使混凝土构件变形，造成破坏。

总之，分析上述因素对结构性退化的影响，是建立合理的结构性能退化模型的基础，也是研究人员展开研究的基础。对于新结构，结构性能退化模型的研究是制定合理的耐久极限状态的基础。另外，结构性能退化模型也是在设计阶段制定合理的维护策略以实现整个生命周期结构的最优成本的理论基础。对于现有结构，通过进行必要的测试，根据性能退化规律判断结构的使用状态，以评估结构的实际功能并重新设计结构。同时我国幅员辽阔，横跨多个温度带，所以导致各地港口工程结构性能的因素也会各有差别，这就需要研究人员对其进行更加深入的研究，早日完成党和国家对于港口的建设和养护关键技术突破的战略需求，将我国的港口建设推到一个全新的高度。

参考文献：

[1]胡昊.港口工程项目设计风险分析及管理研究[D].天津大学，2016.

[2]刘学勇，杨国平.港口工程钢筋混凝土结构性能退化的影响因素[J].中国港湾建设，2015，35（06）：41-45.

作者简介：

俞胡林，安徽省宣城市，宣城市港航管理局。