基于耐久性的混凝土橋梁結構設計研究

李增江

（濰坊市市政工程設計研究院有限公司，山東濰坊261000）

1 基于耐久性的橋梁混凝土結構設計概述

1.1 混凝土橋梁現狀

混凝土橋梁結構耐久性問題在耐久性研究中占據的地位非常重要，目前很多橋梁逐漸進入“老化”階段，很容易出現安全問題。而影響橋梁結構耐久性的因素有很多，主要包括橋梁結構的總體設計、施工、日常維護和管理等。例如，在我國一些混凝土橋梁施工中，使用的混凝土質量較差，保護層厚度不足等問題會導致鋼筋銹蝕，不僅會降低橋梁的使用壽命，而且會降低橋梁結構的耐久性。

1.2 影響橋梁耐久性的因素

1.2.1 橋梁設計的合理性

橋梁結構的耐久性設計是橋梁設計領域亟待解決的重要問題。橋梁工程設計人員在實際設計中，很容易過于注重橋梁結構的強度，通過提高結構的強度使工程的安全性得到滿足，忽略了設計過程中的人因失誤，如橋梁工程計算標準不明確、設計標準低以及選用的混凝土強度過低等，會對結構的耐久性造成很大的影響。另外，設計者在設計過程中，忽略了結構材料、結構維護、結構耐久性等問題，而這些因素都將對橋梁耐久性造成嚴重影響。并且隨著我國經濟建設的快速發展，交通量也逐漸增多，但當前橋梁仍選用之前的建造標準，導致其已經無法滿足現階段的交通需求，加之橋梁自身隨時可能出現安全性與耐久性問題，都將使其存在很大安全隱患[1]。

1.2.2 材料因素

混凝土中的高堿溶液可以使鋼筋表面形成一層氧化鐵膜，以防止鋼筋銹蝕。如果這層膜斷裂，鋼筋很容易生銹，導致鋼筋的體積逐漸增加，很容易造成混凝土開裂，降低混凝土的耐久性。

1.2.3 施工工藝的選擇

在橋梁施工過程中，施工單位為趕工期，施工時沒有嚴格按照施工標準進行，現場管理不到位，導致橋梁施工技術及施工工藝出現問題。加之混凝土振搗不到位，對后期維修養護不夠全面，會造成橋梁混凝土結構產生裂縫，降低橋梁結構的強度及耐久性等性能。

2 基于耐久性的混凝土橋梁結構設計原則

2.1 傳力路徑設計原則

縮短傳力路徑：通常情況下，傳力路徑越復雜，混凝土橋梁結構也會越復雜，進而造成損壞的部位也會增加。因而，不論是對于橋梁跨徑結構，還是支撐結構，越簡捷的傳力路徑，橋梁結構的穩定性越高。

應力均勻、流暢：就橋梁結構來說，若其結構受力不連續，或者結構應力不均勻，薄弱部位極易產生損壞，從而影響橋梁結構的耐久性。因此，必須不斷優化結構設計，使結構受力科學。

2.2 可修性原則

所謂可修性原則，是對橋梁低于結構使用壽命的部分采用可修的設計原則，例如，在設計過程中，通過預留空間和操作平臺的方法降低維修難度，提高混凝土橋梁結構的耐久性。

3 耐久性混凝土橋梁結構設計的對策

3.1 基于耐久性的橋梁設計

對于同一座橋梁，應盡可能地選擇相同的結構設計，但對于具有特殊用途的橋梁應進行特殊設計，雖然橋梁的部分結構有所不同，但也需保障橋梁整體結構的合理性，同一截面的橋梁形態與孔洞大小須盡可能統一。當橋梁長度過長，水深較大時，應考慮將橋梁抬高，有助于泄洪。同時，橋梁設計還需對泥石流的影響做好考慮，若該地區常發生泥石流，可以選用單孔或大跨度多孔橋。

3.2 改善混凝土結構材料的設計

混凝土材料的耐久性是影響橋梁耐久性的主要因素，如水泥的種類、數量、水灰比等，這些因素都將對混凝土的pH造成很大的影響。因此，設計橋梁時，應按照經驗，對以上因素進行有效設計，以此確保混凝土的耐久性。另外，混凝土中的堿性溶液與活性成分會發生化學反應，生成膨脹物質或吸水膨脹物質而引起混凝土結構裂縫，而這類破壞屬于整體性的，并且當前還未有修復方法。因此，進行混凝土配合比設計時，要選用低堿水泥，并控制好水灰比以及用水量，提高混凝土結構的抗滲性。橋梁施工中鋼筋的使用較多，而氯離子對鋼筋有一定的腐蝕作用，所以，選擇混凝土原材料時，不能采用含氯水泥，以避免鋼筋被腐蝕[2]。另外，還可以通過在鋼筋表面涂抹防腐層防止水分、氧氣、腐蝕性介質等滲入結構保護層，同時還應將涂層和鋼筋做好黏合，從多個方面確保橋混凝土結構的梁耐久性。

3.3 加大對橋梁工程結構損傷的研究力度

每座橋梁工程都要承受較大的荷載，如車輛荷載、風荷載、動荷載等，且這些荷載會對橋梁結構產生很大的作用力，不但能引發結構震動，還會造成結構的疲勞。由于工程施工材料的缺陷會對橋梁結構的耐久性產生影響，并且當橋梁荷載較大時，材料缺陷會越來越嚴重，從而導致橋梁損壞，嚴重時還將擴展為宏觀裂縫。如果不能及時控制這些裂縫，很容易使結構出現斷裂問題，從而引起橋梁工程結構的疲勞，若不及時發現或解決，很容易造成嚴重后果。因此，橋梁結構的疲勞損傷是設計者亟須解決的問題。在現實生活中，因結構疲勞引起的鋼材開裂或橋梁斷裂非常普遍。大量研究表明，疲勞損傷的研究工作嚴重影響著混凝土結構，所以，有必要加強疲勞性能研究，以降低橋梁局部結構的疲勞性，杜絕發生橋梁結構的倒塌。

3.4 學習先進的防腐技術，提高結構耐久性

由于鋼筋混凝土材料的質量問題，我國許多橋梁都出現了裂縫，尤其在多雨季節，裂縫問題會導致橋面積水滲入橋梁結構內部，從而腐蝕橋梁結構中的鋼筋。因此，鋼材腐蝕是一個亟待解決的問題。這就要求相關管理部門必須積極引入并學習國外先進的鋼筋防腐技術，大力生產環氧樹脂鋼筋，以期提高橋梁結構的耐久性。

4 結語

總而言之，橋梁耐久性及安全性是整個橋梁施工中一項最為關鍵性工作，因此，相關單位有必要在實際工作中不斷總結和借鑒經驗，提高橋梁混凝土結構設計與施工質量，更好地確保橋梁的耐久性。