淺談橋梁耐久性差的原因及其改進措施

摘要：隨著我國交通公路建設事業的迅速發展，對于橋梁耐久性的問題有了更高的要求，因而行業上對其進行的相關研究和采取的相應措施就格外重要。其本質是在注意到“量”的同時，必須注意結構物“質”的飛躍和發展。如果在現階段的大規模建設中，不認真考慮橋梁結構的耐久性問題，勢必給將來帶來不良的后果。本文針對橋梁耐久性差的產生原因進行了分析，并提出了相應的改進措施。

關鍵詞：橋梁；耐久性差；原因；改進措施

中圖分類號： U443 文獻標識碼：A

目前，國內的橋梁結構設計過程中，有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少，重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態，重視結構的建造而不重視結構的維護。而結構在整個生命周期中，最重要的卻恰恰是使用時的性能表現。實際上，在橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計。這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發、結構使用性能差、使用壽命短的不良后果。也與國際結構工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背，不符合結構動態和綜合經濟性的要求。

1、橋梁耐久性差的主要原因分析

1.1、施工和管理水平低

國內外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁耐久性、安全性問題倍受關注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質量沒有達到規范和設計要求。典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等。也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，對橋梁安全造成致命的損害。

而大量的橋梁在遠沒有達到預期使用壽命時，出現了影響正常使用的病害與劣化。特別是一些橋梁在只使用了幾年，甚至剛建成不久就出現嚴重的耐久性不足的問題。這也與施工質量低下與施工粗糙有重要關系。典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現場的嚴重的構件開裂問題以及橋梁支座的脫空、老化等。主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養護不當及預應力施加不合理、施工不夠精細化等。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產生明顯的影響，但卻會對結構的長期耐久性產生非常不利的危害。

1.2、設計理論和結構構造體系不夠完善

在承認施工存在問題的同時，也不可否認，在橋梁設計領域，關于橋梁施工和使用期安全性的問題也還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。

許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性，有的結構整體性和延性不足，冗余性小；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄，這些都削弱了結構耐久性，會嚴重影響結構的安全性。不少橋梁雖然滿足了設計規范的強度要求，但僅用了5-10年就因為耐久性出了問題影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實的一個安全問題。設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性。

不同的環境和使用條件、不同的設計對象都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規范再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問題，規范更新得再快也適應不了新認識、新技術、新材料快速發展對結構提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結構設計除了滿足規范的要求外，還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經驗和準確的判斷。

2、橋梁耐久性的改進措施

2.1、應該更加重視結構的耐久性問題

橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環境、有害化學物質的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨徑橋梁領域．國內從20世紀80年代以來，修建了大量的斜拉橋，雖然迄今為止出現倒塌或嚴重損害的例子很少，但已經有多座橋梁因為拉索的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經濟損失。

需要指出的是，很多這類問題與沒有進行合理的耐久性設計有關。這也促使人們重新認識橋梁的耐久性問題。大量的病害實例也證明，除了施工和材料方面的原因，影響結構耐久性的決定性因素是來自構造上（也即設計上）的缺陷。

國內從20世紀90年代開始重視了對結構耐久性的研究，也取得了小少成果。這些研究大多是從材料和統計分析的角度進行的，對如何從結構和設計的角度及如何以設計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結構計算方法的研究，卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關注。結構的耐久性設計與常規的結構設計有著本質的區別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發展。

國外的橋梁設計有鑒于耐久性不足導致的嚴重損失，近年來十分重視提高結構物的耐久性并將其作為重要的設計原則，統一考慮合理的結構布局和構造細節，強調使結構易于檢查、維修，以保證橋梁的安全使用，盡可能地減少維修費用，取得了較好的綜合經濟效益。實際上，國內外的研究和實踐都表明，結構耐久性對于橋梁的安全運營和經濟性起著決定性作用。

2.2、重視對疲勞損傷的研究

橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。

橋梁所采用的材料并非是均勻和連續的．實際上存在許多微小的缺陷，在循環荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發展、合并形成損傷，并逐步在材料上形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制．極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的。

疲勞損傷過去一直被認為是鋼橋設計中的核心問題。由鋼結構疲勞引起的鋼材開裂案例較多，亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來，疲勞損傷的研究已進入混凝土結構，但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動態性能和疲勞性能的研究還需加強。

對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個結構而言，事實上橋梁結構常常由于某些關鍵部位的局部疲勞失效而導致整個結構的失效，例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。

2.3、充分重視橋梁的超載問題

汽車超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負載運營；其二是橋梁通行的車流量超過原設計；另一種是車輛違規超載。前兩種產生的原因主要是設計荷載的變化和交通量的增加；后者是車輛使用者違法超載營運，后兩種超載現象在我國公路運輸中較為普遍。

橋梁的超載一方面可能引發疲勞問題，超載會使橋梁疲勞應變幅度加大、損傷加劇，甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。例如，混凝土橋梁一直被認為具有足夠的耐久性，但在汽車超載作用下，可能發生開裂，即使裂縫在荷載卸除后能夠閉合，由于混凝土結構內部已經受到損傷，構件的開裂彎矩降低、剛度下降，于是在正常使用荷載作用下，本來不該開裂的結構產生裂縫，或本來較小的裂縫成為超出規范允許的裂縫，甚至產生較大的變形。這些都會對結構長期的使用性能和耐久性產生不利的影響。因此，除了交管部門要加強管理外，還需要對超載帶來的影響進行分析和研究。

2.4、進一步加強施工質量管理

通過精細化、標準化的施工管理，充分加強橋梁施工過程中的施工質量控制，包括鋼筋保護層厚度、混凝土施工質量、支座安裝質量等對橋梁耐久性影響重大的質量指標，運用強有力的管理措施來減少質量隱患，提高橋梁的耐久性。比如橋梁鋼筋的保護層厚度，通過采用統一生產的高強砂漿墊塊，綁扎在鋼筋骨架上，1平方米大概使用4個，可以促使在模板安裝時準確到位，也可以大部分確保橋梁鋼筋的保護層厚度合格率。目前、廣東省內的一些重點項目，通過標準化、精細化管理，鋼筋保護層厚度合格率基本可以控制在90%以上，很大的改善了以往橋梁結構露筋的質量病害。另外，在以往的工程實例中，不乏因橋梁支座安裝不規范引起的各種質量病害，如支座脫空、受力不均勻、未采取防銹措施而導致提前老化、嚴重的剪切變形等等。因此，目前橋梁支座安裝的質量管理就非常重要了，因為上述橋梁支座的質量病害大都可以通過改善施工質量來避免。

3、總結

橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題。要積極借鑒國外成功的經驗和做法，除了加強施工質量管理外，要從橋梁設計理念和結構體系構造的角度做好耐久性的設計。同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結構耐久性的影響。

隨著我國交通公路建設事業的迅速發展，對于橋梁耐久性問題應有未雨綢繆的思考，因而對其進行研究和采取相應的措施就應格外予以重視。其本質就是在注意到“量”的同時，必須注意結構物“質”的飛躍和發展。如果在現在的大規模建設中，不認真考慮橋梁結構耐久性問題，勢必給將來帶來不良的后果和嚴重的經濟損失。

參考文獻

[1]中國公路學會橋梁和結構工程學會．橋梁學術討論會論文集．人民交通出版社．

[2]中華人民共和國行業標準城市橋梁設計荷載標準．北京：中國建筑工業出版社．1998

[3]城市橋梁設計荷載標準（CJJ77—98）[M]．北京：中國建筑工業出版社，1998．