基于耐久性混凝土橋梁結構設計研究

周 嵬

（中國華西工程設計建設有限公司，重慶 400000）

在橋梁結構設計過程，混凝土結構本身因其強度高、耐久性強等特點，備受設計人員的青睞。但是很多設計人員都忽略了混凝土結構耐久性的科學設計，導致在施工過程中，混凝土結構的耐久性大打折扣，給整個橋梁工程造成了不利的影響。因此，研究分析基于耐久性混凝土橋梁結構設計要點具有重要的現實意義。

1 基于耐久性混凝土橋梁結構設計概述

1.1 混凝土橋梁現狀

在橋梁結構設計過程中，需要對其混凝土結構采取有效的耐久性設計，包括材料的使用、結構的設計、施工工藝的選擇以及后期的維護保養措施等，在保障橋梁結構本身結構穩定性的同時，延長橋梁的使用壽命。但是我國很多混凝土橋梁在進行結構設計過程中，都忽略了混凝土的耐久性設計，再加上橋梁日常的檢修和保養不當，導致很多橋梁工程在正常運行期間出現各種病害，使用壽命大幅度降低，甚至很多橋梁工程都面臨著拆除重建的問題。

對于混凝土橋梁而言，混凝土的耐久性設計主要包括2個方面：一方面是科學合理地選擇混凝土的材料；另外一方面是采取有效的技術措施，優化結構，降低混凝土裂縫的寬度。前者需要結合工程所在區域的自然環境以及施工要求，選擇合適的材料。而后者則是需要對結構采取有效的設計、施工和保養技術，以提高橋梁本身結構的穩定性，延長橋梁的使用壽命。

1.2 影響橋梁耐久性的因素

（1） 結構設計本身的缺陷：當前，在橋梁工程的混凝土結構設計階段，很多設計人員都將主要精力集中在提高結構本身的強度，以滿足橋梁工程安全性的要求，忽視了混凝土結構本身的耐久性設計，導致存在一些設計錯誤。此外，不同的施工環境和施工條件，對混凝土結構的要求也不盡相同，很多設計人員都沒有結合實際情況，對混凝土橋梁進行優化設計，導致橋梁混凝土的耐久性較差，進而影響整個橋梁結構的穩定性。

（2） 材料因素：對于橋梁工程而言，材料是保障整個工程施工質量的基礎。而合理地選擇混凝土的混合料，可以在保障其強度的同時，提高混凝土的使用壽命。例如，合理地選擇混凝土的高堿溶液，可以確保混凝土內部的鋼筋結構表面，形成一層氧化鐵保護膜，避免鋼筋出現腐蝕問題，進而降低混凝土的開裂現象，確保混凝土的強度。

（3） 施工工藝的選擇：很多橋梁施工過程中，施工企業為了趕進度，在施工過程中很難完全按照標準的施工流程進行施工，再加上現場管理不嚴格，勢必導致橋梁工程的施工工藝存在諸多問題，例如，混凝土的振搗不到位、后期保養不全面等，都可能導致橋梁混凝土出現裂縫、強度下降等問題，嚴重影響混凝土結構本身的耐久性。

2 基于耐久性混凝土橋梁結構設計原則

2.1 傳力路徑設計原則

（1） 縮短傳力路徑：傳力路徑越復雜，混凝土橋梁的結構也越復雜，可能出現損壞的部位也就越多。因此，無論是對橋跨結構還是支撐結構而言，傳力路徑越簡捷，結構的穩定性越高。

（2） 應力均勻流暢：對于橋梁結構而言，如果結構力學不連續或者應力不均勻，那么對于一些結構較薄弱部位，將很容易產生各種病害， 影響混凝土橋梁本身的耐久性。 因此，應當采取有效的結構設計，確保力的傳遞路線簡潔、平滑以及均勻。

2.2 整體性原則

在混凝土橋梁結構設計過程中，保持結構的整體性和連續性，不僅提高了結構本身的承載能力和剛度，而且也是橋梁美觀的要求。由于橋梁工程長時間暴露在大自然環境當中，所面對的環境較為惡劣，導致橋梁結構中的伸縮縫經常出現病害，影響橋梁結構穩定性的同時，也給車輛的安全通行帶來不利的影響。近年來，無伸縮縫橋梁結構設計逐漸成為橋梁結構設計的首選，在提高橋梁本身整體性和連續性的同時，提高了橋梁結構本身的耐久性。

2.3 可修性原則

所謂可修性原則，就是對橋梁部分低于結構使用壽命的部件，采取可維修、可更換等設計原則，通過對這些構件 （例如橡膠支座、鋼拉索等） 的定期檢修和更換，以提高整個橋梁的使用壽命。因此，在設計過程中，可以通過預留設計提升空間、操作平臺等方式，降低橋梁后期的維護保養難度，提高混凝土橋梁結構的耐久性。

3 實例分析混凝土橋梁的耐久性結構設計要點

某鋼筋混凝土簡支梁橋梁工程項目，橋梁寬度約為8.82 m，跨徑約為25 m。橋梁施工所在地區的年相對濕度約為70%，平均溫度約為20 ℃。本橋梁的目標使用壽命為50年。主要結構示意圖如圖1所示。

圖1 某鋼筋混凝土簡支梁橋橫斷面示意圖/mm

3.1 混凝土結構保護層厚度的設計

通過參考橋梁的耐久性指標，對本橋梁的耐久性進行計算發現，當混凝土結構的保護層厚度增加時，本橋梁的主梁耐久性和整橋的耐久性都存在一定幅度的上漲，反之，本橋梁的主梁耐久性和整橋的耐久性都存在一定幅度的下降 （如圖2所示）。而從投資角度來看，混凝土保護層的厚度增大，投入的資金也較高。而為了滿足最低50年的耐久性要求，本工程主梁的保護層厚度不應低于35 mm。而每增加15 mm，投資預算將增加1.9萬元。因此，綜合考慮本工程結構的耐久性要求和經濟型，本工程最終確定的主梁混凝土保護層厚度約為45 mm。

圖2 調整主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響

3.2 混凝土材料的選擇

經過大量的試驗分析可得知，本工程主梁的耐久性和主梁鋼筋直徑呈反比關系，與混凝土強度等級呈正比關系。因此，合理地降低鋼筋直徑或者增大混凝土的強度等級，有助延長本工程橋梁的整體耐久性。因此，最終確定的鋼筋直徑選用為30 mm，混凝土強度等級為C30。

3.3 橋梁防排水構造的設計

（1） 為了減少橋梁表面的積水，本橋梁水平放置的橋梁構件上沒有設置排水系統出口，減少了由于漏水所導致的積水問題。

（2） 在進行橋面泄水管設置時，使得水直接排到橋下，并采取了有效的密封性措施，確保泄水管與混凝土之間保持隔離。

（3） 采用垂裙式墻式護欄防水結構設計邊梁外側的翼板，以避免水流順著翼板底部流下。

（4） 本橋梁所有的排水設施在設計時，均采用可更換性設計，簡化了后期的維修和更換流程。

3.4 橋梁伸縮縫的構造設計

（1） 為了確保伸縮縫整體結構的穩定性， 在設計過程中，伸縮縫的兩側與主梁之間的鋼筋采用預埋設計。

（2） 為了避免伸縮縫內落入雜物，減少伸縮縫的變形問題，采用了優質的橡膠材料對其進行填嵌，同時也提高了伸縮縫本身的防水性能。

（3） 在整個橋梁設計過程中，盡可能地采用鉸接的方式替代伸縮縫，降低伸縮縫設置的數量。

3.5 橋梁支座的設計

（1） 由于支座本身的使用壽命相對較短，因此，本工程在設計過程中，在制作周圍的墩頂上預留了一定設備空間，便于支座的更換和維修處理。

（2） 為了減少支座周圍塵土和積水產生，采取了有效的防排水措施，優化支座周圍的細部結構設計。

4 結語

綜上所述，在橋梁建設過程中，除了確保橋梁本身的建設質量和安全性之外，還應當采取必要的技術措施，優化橋梁結構，延長橋梁的使用壽命，降低后期的檢修維護費用支出。因此，相關工作者應當重視橋梁混凝土結構的耐久性研究，積極探索，不斷創新，優化橋梁結構設計方案，推動橋梁工程的可持續發展。