對結構耐久性在橋梁設計中的問題分析

陳吉星

（身份證號：130638196202106515）

對結構耐久性在橋梁設計中的問題分析

陳吉星

（身份證號：130638196202106515）

本文主要針對橋梁設計的重要性，分析了其耐久性的影響因素，提出了在設計中提高橋梁結構耐久性的措施，以及如何將耐久性設計的理念深入到橋梁結構設計的細節(jié)之中。

耐久性；橋梁設計；混凝土

橋梁通常處于惡劣的環(huán)境中，在運行中除了要承受車輛、風、地震等荷載作用以外，還要受到外部環(huán)境、有害物質的侵蝕，混凝土材料會不斷退化，導致橋梁結構各部位出現(xiàn)不同程度的損傷。實際橋梁結構設計中普遍重視強度設計而忽視耐久性設計。實踐反復證明，橋梁結構由于耐久性失效所產生的維護、修復費用大大高于建造時的一次性投入。橋梁耐久性問題雖然不僅是設計原因引起的，施工、選材也是重要影響因素，但設計是橋梁結構功能最基本的保障，因此在橋梁設計中應將橋梁結構物的高耐久性作為重要的設計原則，統(tǒng)一考慮合理的結構布局和構造細節(jié)，應使設計出的結構易于檢查、維修。本文重點闡述怎樣在設計中提高橋梁的耐久性。

1　耐久性的影響因素

1.1環(huán)境因素

混凝土的抗拉強度約為抗壓強度的1/10，早期水化熱的影響使得混凝土干縮反應劇烈，再加上環(huán)境濕度、溫度、日曬、雨淋及沖擊荷載的影響，混凝土結構很容易開裂。開裂后，由于水分子、氯離子的侵入，鋼筋面層發(fā)生鈍化，從而使鋼筋腐蝕，進而引起鋼筋表面與混凝土的化學粘結力遭到破壞，最終導致混凝土構件強度和剛度逐漸削弱，結構的耐久性不斷降低。

1.2施工因素

眾所周知，施工過程因素多變，如果控制不好，結構的質量必然會受到影響。橋梁結構的耐久性也會受施工因素的影響。如混凝土澆筑中控制措施不當，導致漏筋，拆模方法不當或拆模過早，引起早期裂縫；混凝土配合比計量不準，變異性較大等。施工過程控制的好壞決定著設計意圖能否得以實現(xiàn)，即使耐久性設計十分完美，如果不能在施工中得以貫徹，結構的耐久性仍然難以保障。因此，施工因素也是影響結構耐久性的重要因素。

2　設計中如何提高橋梁結構的耐久性

筆者認為耐久性設計應針對設計年限、結構所處的環(huán)境類別、荷載工況及不同的極限狀態(tài)進行設計。

2.1加大混凝土保護層的厚度

保護層是鋼筋與混凝土之間粘結力的保障，同時，對鋼筋也能起到保護作用，防止有害介質侵入到混凝土內部腐蝕鋼筋。有關研究表明，氯離子擴散至鋼筋表面的時間與保護層厚度的平方成正比，而在碳化現(xiàn)象中，二氧化碳的擴散速度也與保護層厚度密切相關。一般來講，保護層越厚，鋼筋表面免于侵蝕的時間就越長，鋼筋銹蝕的速度也就越慢，結構就越耐久。由此可見，加大混凝土保護層的厚度有助于提高混凝土結構的耐久性。

2.2選材方面的考慮

優(yōu)選高性能的鋼材，如高屈服、高強度、高水平鋼材的斷裂韌性、焊接性能好，耐腐蝕等。使用環(huán)氧涂層鋼絞線和鋼筋，防止鋼絞線和鋼筋腐蝕。優(yōu)選高性能的混凝土，在橋面鋪裝中使用環(huán)氧瀝青混凝土，可以增加強度、耐磨性及密實度，從而使橋面有更好的耐久性。對于水中下部的橋墩，建議使用抗?jié)B性能好的混凝土。混凝土配合比設計中，嚴格控制混凝土的有害裂縫。混凝土中氯離子含量對鋼筋腐蝕的影響極大，一般情況下，鋼筋混凝土中氯鹽摻量應少于水泥重量的1%，摻氯鹽的混凝土必須振搗密實，且不宜采用蒸汽養(yǎng)護。

2.3加強簡支梁端封頭混凝土及鉸縫施工質量控制，避免梁頭和鉸縫滲水

在以往舊橋檢測和加固施工中發(fā)現(xiàn)在空心板封頭處，由于混凝土開裂，厚度過薄等原因，水從伸縮縫等部位沿著封頭的微小裂縫逐漸進入空心板內部，并很難排出來，長期侵蝕梁體混凝土和鋼筋。因此應注重封頭混凝土施工質量，確保混凝土密實。在鉸縫處，由于連接比較薄弱，加上施工質量較差，許多橋梁在使用早期就出現(xiàn)鉸縫開裂，橋面鋪裝層沿鉸縫縱向開裂，橋面防水層開裂，鉸縫處嚴重滲水，板的翼緣混凝土碳化最為嚴重，部分鋼筋開始銹蝕。因此，從設計上要采取措施，加強鉸縫連接，避免單板受力，從而保證橋面防水層整體性不被破壞。

2.4注重防水層的設計

橋梁結構應布置一定的抗?jié)B、抗剪、抗拉的防水層，防水涂層與瀝青混凝土鋪裝層之間應具有良好的相融性，二者之間的粘結力不應低于瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面板之間的粘結力。另外，在橋面鋪裝層的頂面，特別是連續(xù)梁的負彎矩段，應設置防水層。為避免水分從伸縮縫處滲入梁內，應加強伸縮縫處的排水設計，注意排水管的設計，特別是水管周邊的構造細節(jié)處。

3　結語

橋梁結構的安全運行依賴于耐久性設計是否完備，依賴于后期檢測和維護是否得當。作為橋梁耐久性保障的第一步，橋梁結構設計必須重視耐久性設計問題，從選材、選型等多個層面全面加強混凝土橋梁結構的耐久性。實踐證明，橋梁耐久性問題還沒有得到充分重視，規(guī)范中關于耐久性設計的規(guī)定還不夠完善，需要設計人員結合工程經驗，發(fā)揮主觀能動性，將耐久性設計的理念深入到橋梁結構設計的細節(jié)之中，切實提供橋梁的耐久性。

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2015-6-23