探究橋梁細部設計對結構耐久性的影響

■劉金橋 ■江西同濟設計集團股份有限公司，江西 南昌 330000

在進行橋梁的細部設計時，需要圍繞“安全、適用、經濟、美觀”的總體要求綜合考慮眾多因素，在實現構件功能的同時，簡化結構受力模式，與周邊環境的協調美觀，降低構件的全壽命成本，提高構件的耐久性，結合當前當地的施工工藝水平降低施工難度，方便后期橋梁養護及維修加固，降低建設項目管理的風險及難度等。其中提高構件的耐久性對降低全壽命成本及后期養護難度至關重要。在進行橋梁細部構件設計時，尤其要充分調研構件在橋梁施工及使用中各種可能的環境條件及其對應的內力狀態，評估其在最不利工況組合下的耐久性，以此來選擇滿足功能及耐久性要求的材料及構造尺寸。隨著國內養護經驗的積累，耐久性的問題漸成規模并逐漸被橋梁界所重視。縱觀這些耐久性問題，多數源于橋梁細部的處理不到位，這一定程度上受到橋梁建設時的社會工業水平、經濟水平、橋梁建設水平等的限制。當前社會的工業水平、經濟水平、橋梁建設水平已有了突飛猛進的變化，新建的橋梁理應具備更好的耐久性，這也是當前橋梁建設者應該承擔的歷史使命。

1 細部設計對橋梁結構耐久性的影響

1.1 人為因素對結構耐久性的影響

在進行橋梁細部設計的過程中，設計人員很多都是把重點放在了橋梁的主體結構的強度、穩定性以及耐久性等方面，對橋梁細部構件僅僅考慮其強度及穩定性，而耐久性常常只提出鋼筋最小凈保護層厚度或鋼構件防腐的要求。此外很多設計單位在橋梁附屬結構設計中直接采用由專業廠家提供的產品通用圖，對這些通用圖的細節處理并未去深入探究，對廠家安裝亦未提出具體要求。而專業廠家未必對整座橋梁的總體設計意圖有全面深入的理解和掌握。很多設計單位在實際施工前亦未對施工總包單位或專業安裝單位進行專門地技術交底，存在設計與安裝施工脫節的情況，這是導致很多橋梁附屬結構與主體結構的連接處出現防水防滲問題、應力集中疲勞破壞、裂縫擴展鋼筋銹蝕等耐久性問題的主要原因之一。在國內的建設項目中，設計單位處在工程技術的制高點，設計成品的優缺直接影響著工程的總體質量，作為設計師，務必要有強烈地責任心、專業素養和職業操守，對每一個設計細節都要做到一絲不茍，仔細考究，特別是對于細部的設計處理應予以足夠的重視。

1.2 在構件上出現超出設計技術標準的作用對結構耐久性的影響

橋梁設計依據由規劃規范得到的技術標準結合橋梁所在地的氣候環境水文地質等情況確定出現在橋梁上的各種作用的標準值，進而確定橋梁合理的結構構造及配筋。在實際的使用過程中，如果出現在橋梁上的作用超出設計階段考慮的作用如汽車超載、火災等，橋梁突破彈性工作范疇將出現開裂、塑性變形等不可逆的損傷，改變了橋梁的無應力狀態。開裂導致鋼筋保護層不夠，或鋼材防腐層破壞，將引起鋼筋、鋼材的銹蝕，降低結構的承載力及耐久性，嚴重者將直接造成橋梁垮塌。設計時要充分考慮可能出現在橋梁上的作用，并按各種作用的最不利效應組合對結構進行設計;竣工驗收時參與建設相關方一定要把橋梁竣工時的結構狀態參數等資料完整地移交給養護管理單位，并對橋梁后期養護及交通管理等的注意事項進行交底;養護期間養護單位按養護相關的規范標準進行檢測養護，對影響結構耐久性的裂縫等因素進行檢查評定并及時修補。

1.3 設計中對施工過程中的間接作用未足夠重視影響結構的耐久性

在進行橋梁的設計中，相關人員對施工過程中橋梁溫度的效應、混凝土的收縮等都應給予充分考慮。施工過程間接作用引起的結構裂縫等塑性變形及組合截面形成時的應力狀態變化等都將改變結構的無應力狀態進而影響永久結構，對橋梁的耐久度產生很大的影響，如大跨徑連續梁，施工過程中產生的梁體裂隙的積累對成橋后梁體過度下撓產生非常不利的影響。

2 橋梁設計中提高結構耐久性的措施

2.1 合理選擇橋梁各部分構件的混凝土材料

橋梁所使用的材料的防水防滲防腐能力直接影響著結構的耐久性。橋梁各部分材料的選擇是一項系統工程。構件的材料選擇在考慮經濟性的同時因其在整座橋梁的作用地位、各種作用組合下的應力狀態及其正常使用或極限狀況下所處的外界微環境而異。一般情況下，一座橋梁自上而下各部位的微環境呈以下分布:橋面及以上直接承受風吹日曬雨淋，受到車輛等的直接作用，故這部分構件須進行足夠的防腐、耐磨、防水防滲及排水設計，確保水不滲入結構主體，對結構安全及耐久性造成危害;橋梁結構主體如梁體一般在橋面鋪裝層的保護下不受水的侵蝕，不直接承受日曬和車輛的作用，但也要考慮大氣環境的腐蝕，施工過程中要做好施工縫及砼澆筑時的養護等工作，避免出現非結構性的裂縫;橋墩及樁基可能處于水中，隨著地表或地下水位的變化，存在干濕交替現象，隨著溫度變化，出現凍融循環等等不利環境作用，故對這部分構件的混凝土材料的選擇要特別注重抗滲抗凍性，以及澆筑時的水下砼性能等。

2.2 橋梁支座的耐久性設計

支座連接橋梁上部結構和下部結構，是受力非常集中且比較薄弱的構件。在實際的設計中，除確保足夠的抗壓承載力外，還應特別關注其摩阻系數及轉角位移量。對于縱坡比較大的橋梁，除要求支座上下支承面水平外，還應充分考慮汽車加速度等橋面切向力在支座上產生的水平剪力，對支座進行抗剪強度驗算。對橫向剛度大的上部結構下單排設置的多個支座，要嚴防并充分考慮支座的不均勻受力。在條件允許的情況下，盡量不要出現單排三個及以上支座的設計。

2.3 橋梁附屬結構的細部耐久性設計

橋梁附屬結構作為橋梁主體結構的第一道防護，對結構的耐久性起著非常重要的作用。在平常設計中，橋梁附屬結構的設計常常被忽視。橋梁伸縮縫的設計通常直接采用廠家提供的產品圖，很多時候忽略了伸縮縫與橋面鋪裝層相交處的細節處理，導致相交處出現排水、防水、防滲方面的問題，引起主體結構的銹蝕及伸縮縫的過早破壞。很多設計文件中伸縮縫的止水帶在橫橋向兩頭未翹起，導致積水直接排至梁體或支座上，引起梁體、支座的銹蝕。此外，在施工橋面或伸縮縫時，很多雜物通過伸縮縫處梁縫掉至臺帽上，限制梁體的自由伸縮變形。人行道的設計未考慮人行道板下地梁間空間的排水，對人行道范圍內的橋面防水防滲亦未考慮，導致人行道范圍內的耐久性問題。設計文件中一般對臺背回填填料及其壓實度都有很明確的要求，但橋臺構造設計的不合理，導致回填時凈空不夠，壓路機無法碾壓，臺后的壓實度達不到要求，引發橋頭跳車。

3 總結

通過以上結構耐久性問題的分析，有助于我們在橋梁的細部處理中做好結構的耐久性設計。影響橋梁耐久性的因素有很多，其中比較容易忽視的就是橋梁細部設計方面的因素。合理的橋梁細部設計是提高橋梁結構耐久性的基礎。在平常的設計工作中只有把橋梁的細部設計做好，才能從根本上確保橋梁結構整體的承載力、穩定性、以及耐久性。

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