基于耐久性的混凝土桥梁结构设计研究

文 / 李胜华

桥梁是现代社会最重要的交通枢纽之一，随着我国交通通行数量的不断增加，混凝土桥的构造要求具有更高的强度和耐久性。若混凝土桥梁结构强度和耐久性无法满足现阶段的交通需求，不仅会导致桥的整体寿命显著缩短，同时也会对我国交通运输业的发展产生严重的不良影响。因此,设计者必须全面进行混凝土桥结构的耐久性设计。然而,当前不少设计人员并未了解混凝土桥梁结构耐久性设计的重要性，或受自身专业技能的限制，对混凝土桥梁结构耐久性设计不合理，从而导致混凝土桥梁结构耐久性较差，这些问题均会对桥梁工程的稳定、健康和长久运行造成诸多的不良影响。基于此，就需要设计人员全面做好混凝土桥梁结构耐久性设计。

一、基于耐久性的混凝土桥梁结构设计现状及存在的问题分析

自19世纪水泥出现后，混凝土、钢筋混凝土等被我国广泛应用于桥梁、房屋等工程建设中。由于混凝土自身具有抗压强度高、强度等级范围宽、耐久性好等特点，其在我国桥梁基础建设中占据着重要的地位。然而，随着使用年限的不断延长，不少桥梁工程已经步入“老龄化”的阶段，再加上现代运输业不断发展，桥梁上的行车负载量不断增加，均会导致混凝土桥梁结构耐久性降低。除了这些因素外，不少研究均指出，基于耐久性的混凝土桥梁结构设计质量不足也是降低混凝土桥梁结构耐久性的重要原因之一，如使用混凝土质量较差、钢筋保护层厚度设计不当等均易导致混凝土桥梁结构钢筋保护层出现锈蚀，从而降低桥梁结构的强度和耐久性，也会缩短桥梁的使用年限。

（一）材料选择不合理

在混凝土桥梁结构设计过程中，合理选择混凝土混合材料和其他材料不仅能显著提高桥梁结构强度，还能提升工程整体的施工质量,从而提高桥梁结构的耐久性。例如，合理选择混凝土的高碱溶液、氧化铁保护膜附着在混凝土内部的钢筋结构表面，不仅能提高混凝土桥结构的耐久性，同时还能有效预防混凝土桥梁结构发生钢筋锈蚀、开裂等病害问题。然而，在桥梁结构设计过程中,很多设计者没有考虑材料元素对混凝土桥梁结构的影响，不能合理选择材料进行混凝土桥梁结构设计和工程建设，进而会降低混凝土桥梁结构的耐久性和工程整体的建设质量。

（二）桥梁结构设计过程中的人因失误

在桥梁结构设计过程中，不少设计人员均认为桥梁结构强度提升，能有效提高桥梁工程整体的强度和安全性,这样的片面认识会导致设计者在混凝土桥构造设计中只重视桥构造的强度设计。而忽略了设计过程中的计算标准不明确、桥梁工程设计标准低等人因失误，这些问题也会极大地影响混凝土桥梁结构的耐久性。尤其是随着我国桥梁上交通量的逐渐增多，若在设计过程中，设计者遵守传统的桥结构设计标准，不仅会导致设计的混凝土桥结构耐久性和安全性不足，给其运行造成巨大的安全隐患,也无法满足现阶段的交通需求。

（三）桥梁结构设计方法不当

混凝土桥梁结构设计包含的内容众多，如结构保护层厚度设计、支座结构设计、伸缩缝构造设计、排水结构设计、桥面设计等，任何一项环节设计不当均会对混凝土桥梁结构耐久性产生不良的影响。然而，受不少设计人员设计理念滞后、专业技能不足、单纯考虑工程建设投资成本、对基于耐久性的桥梁设计考虑不足等因素的影响，常常会导致设计人员难以采取正确或规范的方法进行混凝土桥梁结构设计，从而也会降低混凝土桥梁结构的耐久性。

二、基于耐久性的混凝土桥梁结构设计策略

（一）做好混凝土结构材料设计

混凝土结构材料选择合理与否对混凝土桥梁结构耐久性具有直接的影响。混凝土桥的结构设计和建设工程实践证实，混凝土桥结构所使用的混凝土种类、用量和水灰比等对混凝土的碳化速度和酸碱度有一定影响，从而会对混凝土桥梁结构的耐久性产生一定的不良影响,因此,就需要设计者认识到混凝土桥的结构耐久性受材料因素的影响，并在设计过程中合理选择混凝土材料及相关水泥用量、水灰比等。一般来说，含有碱度高的水泥，与其他原料混合后容易产生膨胀反应生成膨胀物质或吸水膨胀物质，不仅会破坏桥梁结构的整体性，还易引发混凝土结构裂缝。因此，设计者必须选择低碱水泥作为混凝土桥结构材料，并严格控制好低碱水泥、用水量及水灰比等，以全面提升混凝土结构的抗渗性，由此才能显著提高其耐久性。另外，由于混凝土桥梁结构会使用较多的钢筋材料，而钢筋与氯离子发生反应会被腐蚀，因此，设计者也不能选择氯水泥作为混凝土的原材料。防止钢筋腐蚀，降低混凝土结构的耐久性。

（二）按照最新的桥梁结构设计标准进行结构设计

在混凝土桥结构的设计过程中，为了避免影响混凝土桥结构的耐久性，设计人员还需综合考虑桥梁工程设计标准低、计算标准不明确等因素对混凝土桥梁结构产生的影响，全面学习最新桥梁结构设计标准及要求，然后，桥结构设计按照最新的桥结构设计标准严格执行，这样才能设计出符合现代交通需求的桥梁和最大限度地提升混凝土桥结构的耐久性。

（三）采用恰当的方法做好各项桥梁结构设计

1.做好结构保护层厚度设计

在钢筋混凝土的简单支柱桥工程的结构设计过程中，将混凝土结构保护层设计厚度适当增加可促进桥梁结构的耐久性提升，但是，混凝土结构保护层厚度增加的同时，建设投资的成本也相应提高。为了提高混凝土桥的结构耐久性和达到经济型工程建设的要求，设计者参照梁钢筋保护层的厚度，以桥梁耐久性的影响为计算基准，合理设计结构保护层的厚度，不仅能有效降低建设投资的成本，还能提高桥梁的结构耐久性。

2.支座结构设计

桥梁支座是支撑桥梁结构的重要构件,若其结构设计不当会对整个桥梁结构耐久性产生不良影响，因此,设计者需要全面优化支撑座周围的细节结构来设计。例如，要做好支撑座周围细微部分构造的防尘、防水设计，只有不让周围的灰尘和积水影响支承座构造，才能提高支承座构造的耐久性。另外，桥接支撑构件的使用寿命比较短在结构设计过程中，设计者需要在柱子上留下一定的设备空间，以为后续支座更换或维修处理工作提供有利条件。

3.伸缩缝构造设计

混凝土桥结构设计最重要的一环是桥的伸缩缝隙结构设计，且该项设计内容也会对混凝土桥梁结构耐久性产生直接的影响，因此，就需要设计人员高度重视合理设计桥梁伸缩缝构造。如果在伸缩缝隙结构和梁两侧设计并嵌入钢筋，则可全面提高伸缩缝隙整体结构的稳定性从而也能提高桥梁结构的耐久性。另外,设计者必须尽量采用铰链来代替接头。由此，不仅可以减少伸缩缝隙的设置数量，还可以提高伸缩缝隙结构的设计质量，并预防和减少伸缩缝隙的病害。

4.排水结构设计

良好桥接结构的排水防止结构设计，可有效减少桥表面积的水和桥下的浸水，提高混凝土桥结构的耐久性。为了提高桥结构排水防止结构的设计品质，设计者必须根据桥结构的实际情况，合理设计排水系统的出口、排水管等，以防止桥梁构件漏水而发生积水问题。再如，在桥面泄水管的设计过程中，设计人员应将混凝土结构和泄水管隔离开来，并对泄水管进行密封处理,以促进桥面积水全部排到桥下，另外，必须采用垂裙式的壁护栏防水方式，设计桥外侧的翼板构造。

5.桥面设计

受外部环境、内外温差、桥面上行车荷载等因素的影响，混凝土桥的桥面容易发生变化、裂缝、沉降等病害。这些问题不仅影响桥的结构耐久性，还对桥上运行的安全构成了严重的威胁。如在设计过程中，需合理选择桥面铺设混凝土材料，一般选择等级高、密度高的混凝土。另外，在混凝土中加入适量的复合纤维混凝土，不仅能提高桥面和桥结构整体的耐久性，还能有效降低桥面产生裂缝的概率。

（四）采用先进的防腐技术提高桥梁结构耐久性

钢筋混凝土的裂缝是混凝土桥最常见的病害之一。另外，由于裂缝的问题，桥面积的水渗入桥的构造内部，会对桥构造中钢筋产生腐蚀作用，从而影响桥梁结构耐久性。因此，就需要设计人员采取合理的防腐技术对钢筋混凝土进行处理，如在钢筋表面涂抹防腐层防止腐蚀性、水份、氧份介质渗入结构保护层，并做好钢筋和涂层的黏合，可以提高混凝土桥结构的耐久性。另外，设计人员还需积极学习和引入国外先进的钢筋防腐技术,将环氧树脂钢筋应用于混凝土桥梁结构设计和施工建设中。

结语

混凝土桥的结构耐久性设计质量与整个桥的结构耐久性、稳定性及使用年限的高低密切相关，同时也会对桥梁运输业和桥梁上行车安全产生一定的影响，因此，设计者必须严格进行混凝土桥结构的耐久性设计。然而，当前我国混凝土桥梁结构耐久性设计现状不佳，存在较多的问题，如材料选择不合理、桥梁结构设计过程中的人因失误、桥梁结构设计方法不当等。对此，设计者有必要积极探索基于耐久性的混凝土桥结构设计方法，如做好混凝土结构材料设计、按照最新的桥梁结构设计标准并采取适当的方法做好各桥梁的结构设计，采用先进的防腐技术来提高桥的结构耐久性，从而促进混凝土桥梁健康长久地运行。