橋梁耐久性設計方法和關鍵問題探究

【摘要】影響混凝土結構耐久性的因素很多。在工程實踐中，我們應該不斷總結和吸取經驗教訓。作為設計者，我們應該結合現有的設計經驗和當地的工程建設實踐，仔細設計結構的耐久性。本文探討了橋梁結構耐久性設計方法。

【關鍵詞】橋梁；耐久性；設計方法；關鍵問題；探究

橋梁結構的耐久性設計是橋梁結構安全與舒適性等綜合指標的評價標準，所謂耐久性是在一定的設計年限內，受到外界條件和其他突發事件影響能夠進行預期維護維修情況下，橋梁結構具有的穩定性、安全性、實用性。隨著過程經濟社會不斷的發展，橋梁工程的數量也在不斷的增長，作為城市建設的支架工程，很多橋梁在建成不久就會出現問題，有些甚至出現倒塌等現象，因此，不斷的提升橋梁耐久性設計的水平，研究和完善設計方法對于橋梁工程未來的發展有著重要的意義。

1、橋梁結構耐久性出現問題的原因

橋梁結構耐久性出現問題的原因主要有以下方面：第一，混凝土是橋梁建設的主要材料，因此，對于混凝土的耐久性問題，主要原因是由于對混凝土結構的設計、施工過程、維護工作出現了問題。我國的橋梁設計基本上都重視橋梁設計的強度，忽略了對橋梁的耐久性設計，以至于導致橋梁的耐久性出現問題，發生安全事故。最常見的是混凝土的耐久性出現問題。比如，混凝土的質量不符合橋梁建設的要求，鋼筋的防護層不合格。由于防護層的厚度不足，達不到對鋼筋材料有效保護的效果。第二，在橋梁結構的設計過程和后期使用過程中，由于缺乏維護，使得橋梁結構材料失修，腐蝕嚴重，經過凍融作用的循環，使橋梁結構開始松散，進而造成垮塌，導致橋梁安全事故的發生。在橋梁的使用過程中，由于結構之間的磨損和碰撞，使橋梁的質量下降，橋梁結構材料的使用壽命縮短，橋梁的安全性得不到保障。很多橋梁安全事故的發生，經過后期調查，都是橋梁材料出現問題，或者是施工的質量導致。我國也存在橋梁工程中的豆腐渣工程，這些橋梁工程不僅僅是由于橋梁結構出現問題，還有橋梁本身施工質量的問題，橋梁的結構材料質量不過關，比如，鋼筋太細，使鋼筋的受力面積減小，延長性不足，造成橋梁表面的受力點集中，導致整個橋面的受力不均勻，橋梁安全事故的頻發。

2、耐久性設計具體實施方法

2.1結構的使用壽命以及機構極限的耐久性

要根據橋梁工程的設計年限以及結構耐久性等級來確定機構的使用壽命和耐久性，在我國橋梁工程中，對于使用壽命問題沒有標準的規定，不同的橋梁工程的使用壽命都沒有唯一固定的范圍，在進行耐久性設計時，不要忽視橋梁結構在運行中，由于外界因素的影響到結構耐久性，雖然在設計中已經對耐久性能的確定依據強度的極限狀態。耐久性設計要考慮到的耐久性極限，包括適用性、安全性、經濟性，適用性極限的結構需要全面維修恢復使用功能，安全性極限要確保結構能夠承受最大的承載力分界值。經濟性極限是指橋梁結構中不能通過修復恢復正常使用的部分，喪失使用功能的同時，就不再具有經濟性。

2.2基于概率極限狀態理論的耐久性方法

耐久性設計應該相對獨立，將可靠度理論方法引入環境指數評定，以概率極限狀態理論的耐久性設計是探索耐久性設計的必選過程。極限狀態模式失效概率的意義與結構承載能力的極限狀態相似。主要表現在以高效的作用及材料抵抗環境作用力，并作為基本的變量。然后將環境作用和構建材料抵抗環境的作用力作為隨機變量，產生R與S，然后限制R-S≤0的概率。具體方法要求根據工程的實際確定結構的使用年限，再根據工程的工作環境來決定腐蝕的級別，據此設計出在規定時間內使用的次數。然后設計出結構抵抗作用能力大于環境對結構作用準備應力耐久性的極限方程，利用極限去設計工程。這種方法主要將有害物質對鋼筋表層的或混泥土保護層的脹裂作為極限狀態，主要用在混凝土常規指標、組成、保護層厚度強度等級等方面。它要求在實驗室的環境下，按照一定的標準式樣去確定混凝土結構的耐久性指標，如擴散系數、抗凍等級等。這一類方法解決了施工技術的要求以及耐久性的構造要求。

2.3加強構造配筋，防止和控制混凝土裂縫

混凝土結構的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現裂縫，裂縫是反映混凝土結構病害的晴雨表，反過來，裂縫的存在會增加混凝土滲透性，提供了使侵蝕破壞作用逐步升級、混凝土耐久性不斷下降的渠道。當混凝土開裂后，侵蝕速度將大大加快，形成導致混凝土結構耐久性的進一步退化的惡性循環。因此，防止和控制混凝土的裂縫，對提高混凝土結構的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂縫，除按規范要求控制正常使用極限狀態的工作裂縫以外，更重要的是要采取構造措施，控制混凝土施工及使用過程大量出現的非工作裂縫。

2.4在結構局部使用防腐材料

目前我國大量地修建16～25m 的多跨現澆連續鋼筋混凝土箱梁結構的橋梁，由于普通鋼筋混凝土結構是一種必然地帶裂縫工作的結構，因而在負彎矩區總會出現負彎矩裂縫，鑒于負彎矩區裂縫是一種向上開口的“V”形裂縫，橋面水容易滲入，遭受長期浸蝕后，負彎矩鋼筋的銹蝕問題是應予以重視的問題。近年來，由國外引進的環氧樹脂涂層鋼筋已在國內生產，應用于一般鋼筋混凝土負彎矩區的鋼筋中，這對保證結構的耐久性無疑是很好的事情。再如，英、美等國的調查均發現錨頭區有鋼絲銹蝕問題，甚至發生過橋梁倒塌事故，因而張拉結束后立即用環氧樹脂砂漿封堵錨頭可有效防銹。

結語：

隨著我國交通事業的發展，對橋梁結構設計的要求也越來越高。當前橋梁結構工程設計的發展趨勢是從確定性的設計方法向概率設計方法的方向發展，結構抗力和計入作用實際上存在的隨機性和將主要依靠至關經驗確定的安全系數，變為系統地應用統計數學定量給出一定基準期內機構的失效概率和統一可比的可靠指標，這是當前工程設計概念、思想和方法上的突破。

參考文獻：

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[2]李桂紅.客運專線橋梁結構物高性能混凝土施工技術研究[J].高速鐵路技術，2017（4）.

作者簡介：

張進，中國建筑東北設計研究院有限公司，遼寧沈陽。