混凝土橋梁結構耐久性設計探析

李翌程，朱自立

（湖南省農林工業勘察設計研究總院，湖南長沙 410007）

0 前言

在運行橋梁工程建筑時，工程安全受外界很多因素影響。此時，混凝土表現出來的抵抗能力被稱為耐久性，這也是對橋體使用壽命的一個衡量指標。隨著社會的發展和經濟水平的提高，交通量在逐步增大，致使橋梁所要承受的荷載量逐漸變大。此時，混凝土以及所使用的材料因為時間過長而老化，再加上設計或者是施工過程中存在不足，都導致橋梁的耐用性降低，呈現出越來越多的病害與缺陷，更嚴重的是對結構的安全性造成威脅。在進行現行公路設計時，一般會重點突出橋梁的承載能力，卻忽視了因為環境的變化而引發的材料劣化，導致結構的耐久性降低。這樣，因為對耐久性缺乏足夠的重視，而極易引發工程安全事故，從而增大修理費用，而且會降低結構的使用壽命，造成資源的嚴重浪費。可見，在進行混凝土橋梁結構設計時，必須針對這些問題，對設計技術進行優化，盡可能提高橋梁的使用壽命。

1 混凝土耐久性設計的內涵

1.1 混凝土耐久性設計的內容

對混凝土結構的耐久性設計主要有以下兩方面：首先是選取合適的混凝土材料，其次是要合理控制裂縫寬度并且對結構的構件進行優化。在選用材料時，必須根據實際情況而定，按照環境的作用和類別等級以及設計的基準期等因素，選取不同的材料。與此同時，還必須盡可能降低工程造價，并秉承節能環保的理念。關于結構細部的優化，主要是指對構件進行防水、排水和防腐蝕處理。在這個過程中，必須本著嚴謹的科學態度來進行。如果橋體被水或者是化學物質腐蝕，必然會嚴重降低其安全性，縮短其使用壽命。對于一項工程而言，安全工作占據核心地位，而且必須確保設計的合理性才能夠保證工程質量的可靠性。

對于我國的現行規范而言，雖然會考慮到環境因素的常見影響，但是并沒有考慮到結構受力時，混凝土結構會受到什么影響。這樣就會導致混凝土的耐久性受到影響時，混凝土保護層受到損壞，橋面鋪裝不堅固。可見，完善現行的規范以及相關規定，有助于提高橋梁結構的質量，然而這還有很長的路要走，需要經過很長時間的摸索來完善現行規范。

1.2 混凝土結構耐久性設計原則

在優化設計來提高混凝土結構耐久性的時候，需要設計人員具備加強的業務能力。首先，設計人員必須對提高混凝土結構的耐久性這一目標給予足夠的重視，即做好橋梁預期設計使用年限的評估工作。此外，還必須掌握混凝土結構耐久性該通過怎樣的標準來判斷是否失效。當前，針對使用年限的問題，已經有了相當確切的規定，并將使用壽命總結為3種。但是，對于上述提及的失效標準并沒有統一的規定與看法。相對于普通的混凝土結構來說，關于耐久性是否失效可以從以下兩種方式來判斷：第一，如果耐久性退化將導致結構發生變形，導致其正常使用功能受阻。這種失效主要是通過鋼筋銹蝕開裂作為判定標準的。第二，混凝土結構性能降低，承載能力也是大大折扣，嚴重影響其正常使用。

2 橋梁耐久性差的主要原因

2.1 橋梁設計規范方面的不足

橋梁結構建設必須確保工程質量的可靠性，這需要一定的規范與規定來指導工程的開展。在進行建設工作時，所有工作的開展必須參照這些規定來執行，而且不可以任意更改。或者是說即使修改也要做出明文規定。需要指出的是，我國很多參考性規則一般具有強制性，而且具備法律效益，這是區別于國外規程的一個典型特征。我們對它的管理卻沒有與工程科學的發展腳步保持一致。例如，對于很多跨海大橋而言，缺乏適當的規范作為指導，導致其質量安全成為一個隱患。

2.2 設計和結構構造體系的缺陷

對于橋梁設計領域而言，結構耐久性引起了業內人士足夠的重視，而且這是一個亟待解決的現實問題。在進行實際操作的過程中，設計人員往往過多地偏重于結構強度計算，以此來滿足安全需求，但是卻忽略了在整個過程（包括設計、施工以及投入使用）中的人為錯誤，因為這些人為錯誤也極有可能降低結構耐久性。如果某工程的整體性不高、計算圖式不明確、混凝土強度不夠等都可能降低結構耐久性。除此之外，根據環境以及使用條件的不同，設計者對結構體系設計提出了各種要求。為了確保結構的合理性和可靠性，在進行設計時必須按照一定的規范來進行。與此同時，還必須保證設計人員能夠正確認識結構本性，根據自身多年工作經驗來準確判斷結構是否合理。

2.3 橋梁施工和管理方面的問題

目前，我國橋梁建設呈現出了明顯的趨勢，主要包括：工期相對比較緊張、任務相對比較繁重，如果某些施工過于野蠻或者是缺乏嚴格而完善的管理模式，那么就極有可能引發質量問題，導致橋梁坍塌。對引發這種現象的原因進行探究，可以發現這主要是因為施工沒有按照設計要求來進行，而且材料的強度相對比較低，再加上施工工藝的不合理，都造成了施工質量不合格現象的出現。同時，也有很多橋梁存在偷工減料的問題，這也勢必會縮短橋梁的耐久性。更為嚴重的是，有的橋梁沒有經過長時間使用，就已經產生了耐久性不足的現象，這與橋梁質量低下是密不可分的。如果鋼筋的保護層受到破壞，或者是施工現場的構件出現開裂問題，都會導致橋梁的耐久性不足。

3 混凝土橋梁結構耐久性設計的措施

3.1 加強對橋梁結構耐久性的研究

在建造橋梁并投入使用的過程中，外界環境、有害的化學物質等都會對橋梁造成一定的侵蝕，而且還在負載強大的外界負荷，這無疑對橋梁的質量提出了嚴峻的考驗。同時，如果材料自身性能退化，這就導致橋梁結構被損壞，逐漸呈現劣化的趨勢。從上世紀的80年代開始，我國已經建造了很多斜拉橋，雖然并沒有呈現倒塌現象，卻不得不提前換索來保證拉索的耐久性，這樣就造成了嚴重的經濟浪費。

許多質量問題的出現是由于缺乏合理的耐久性設計而造成的。這就為人們敲醒了警鐘，使人們對橋梁的耐久性問題給予重新認識。經過大量的事實證明，施工和材料兩個方面的原因，造成了橋梁的耐久性降低。可見，是設計上的缺陷決定結構的耐久性不高。

一直以來，人們都注重研究結構計算方法，但是卻沒有對總體構造和細節處理給予足夠的重視。結構的耐久性設計是有別于常規結構設計的，因此需要推動耐久性研究實現定性向著定量的方向發展。

3.2 加強對橋梁結構疲勞損傷的研究

對于橋梁結構而言，需要承受很重的荷載。其中的車輛和風荷載都是動荷載，這會使得結構產生應力，既可能引發結構振動又可能引發結構疲勞。橋梁的建設過程中所使用的材料并不均勻也不連續，而是有很多缺陷的。隨著荷載的不斷增大，這些微小的缺陷就很有可能逐漸被擴大，形成嚴重的損傷，再繼續擴大就會形成可見的宏觀裂紋。如果得不到合理的控制，這些宏觀裂紋就可能引發脆性斷裂。需要指出的是，這些早期疲勞不易察覺，但極有可能導致嚴重的災難性后果。

在鋼橋設計過程中，疲勞損傷是亟待解決的核心問題。由于結構疲勞所引發的鋼材開裂是比較常見的，而且由于疲勞斷裂所引發的斷橋的案例數不勝數。對近20年的橋梁現狀進行研究發現，對于疲勞損傷的研究已經涉及到混凝土的結構，同時依然需要加強對于動態性能和疲勞性能等方面的研究。疲勞損傷的研究不僅是對于整個橋梁結構而言的，而且要需要考慮局部疲勞，并盡可能減少因為局部疲勞所引發的橋梁結構坍塌。

3.3 加強對“超載”的管理

車輛超載也是引發橋梁結構出現疲勞損傷的一個重要原因，但是其所帶來的后果卻是在超規范范圍之內的。

車輛超載可以分為以下三種情況：第一，如果橋梁修建過早，那么勢必會出現嚴重的超齡負載運營現象；第二，橋梁通行的車輛已經嚴重超負荷，超過了原設計。還有一種是車輛違規超載現象的出現。對于前面兩種情形產生的原因進行總結，發現這是由于設計荷載不斷浮動以及交通量不斷增大所引發的。后一種情況是車輛的使用者出現嚴重的違法超載現象。

橋梁的超載會帶來非常嚴重的后果，增大了疲勞應力幅度，而且導致不可逆內部損傷。這樣會導致橋梁也不適應正常負荷，難以維持正常的工作狀態，這將會對橋梁的安全性造成威脅，降低其耐久性，這就勢必會造成橋梁的使用壽命縮短。更為嚴重的是，超載可能會引發結構破壞。目前，橋梁超載現象十分嚴重，成為亟待解決的問題。因此，要積極借鑒國外的經驗，學習其先進、合理的做法，從質量管理以及行政性超載管理等幾個方面來提高橋梁耐久性。

3.4 推廣使用防腐技術，提高結構耐久性

目前，我國修建了很多橋梁，然而由于鋼筋混凝土的質量易出現問題而引發地帶裂縫，這就會導致橋面的水滲入到橋梁之中，對其產生腐蝕。可見，鋼筋的銹蝕問題亟待于解決。為此，從國外引進先進的環氧樹脂涂層鋼筋制造技術，并進行批量生產，這都有利于提高橋梁結構的耐久性。

4 結語

隨著社會的發展，橋梁在人們生活中的地位日漸提升，因此這就獲得了越來越多的關注。目前，混凝土結構是一種十分普遍的橋梁結構，但是這種結構的低耐久性也是有目共睹且亟待解決的難題。因為橋梁的耐久性低不僅會降低橋梁的耐久性，而且會對人們的生命財產安全造成威脅，造成很大的經濟損失。可見，研究混凝土結構的耐久性是一項具有重要研究意義的課題。尋找提高耐久的有效措施，并不斷優化設計，防患于未然，將有助于建設高耐久性的橋梁，更好地推動經濟發展。

[1]張喜軍,劉洋.淺談橋梁混凝土結構的耐久性[J].黑龍江交通科技,2005(4):49.

[2]劉纓,張顯軍,王景波.鋼筋混凝土橋梁的耐久性[J].黑龍江交通科技,2001(1):61-62.

[3]晉向平.混凝土結構耐久性初探[J].山西建筑,2005(7):34-36.

[4]王月.關注混凝土結構耐久性與安全性的問題 [J].中外建筑,2003(1):46-47