混凝土橋梁耐久性和安全性設(shè)計要點

李殿松 劉宏偉

摘要：橋梁在施工建設(shè)中，設(shè)計者通常要考慮到橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性問題，本文淺析了混凝土橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性存在的問題，并指出設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計耐久性安全性

近年來，城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展不斷加快步伐，公路和橋梁的負荷越來越重，造成混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的不同程度的損壞。在設(shè)計和施工過程中不注重細部結(jié)構(gòu)的設(shè)計也是造成橋梁耐久性的一個很重要的因素，這些問題的存在威脅到人民生命和財產(chǎn)的安全。

1、橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性主要存在的問題

橋梁工程它是一個由許多結(jié)構(gòu)件組成的一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)件需要有足夠強度和耐久性，在組合到整個橋梁中也要滿足全橋安全性和耐久性，目前一些設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)的整體性、耐久和安全性考慮不足，造成有的結(jié)構(gòu)整體性延性不足，冗余度過小，有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大，強度要求過低，保護層厚度過小及構(gòu)件截面過薄和過大。這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題，設(shè)計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)耐久性。

橋梁在不同的環(huán)境下、不同的設(shè)計對象都會對結(jié)構(gòu)體系得出不同的布局和構(gòu)造要求，規(guī)范再詳細也不能代替應由設(shè)計人員解決的各種問題，規(guī)范更新再快也適應不了新技術(shù)、新材料、新工藝快速發(fā)展對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的各種新要求，目前的設(shè)計可視為靜態(tài)設(shè)計，過于偏重設(shè)計建成時期結(jié)構(gòu)的工作和服務能力而對使用期實際的性能表現(xiàn)隨時間的劣化缺乏足夠的認識和考慮。

2、橋梁安全性和耐久性設(shè)計要點

2.1 應該更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題

橋梁在建造和使用過程中，會受到環(huán)境、有害化學物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。很多橋梁的安全問題都與其耐久性設(shè)計有關(guān)，大量的病害實例也證明，除了施工和材料方面的原因，影響結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來自結(jié)構(gòu)上的缺陷。

長期以來，設(shè)計者偏重于結(jié)構(gòu)計算方法研究，忽視對總體構(gòu)造和細節(jié)處理方面。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有著本質(zhì)區(qū)別，除強調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造時期的安全性、耐久性、整體牢固性的要求外，利用在使用期間的檢測、維修、加固的新技術(shù)，對不同工程結(jié)構(gòu)物的災害和可接受的危險水平和評估進行了深入研究，提出了耐久性設(shè)計的概念。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計所要解決的問題也就是經(jīng)濟、合理的使用年限問題，即結(jié)構(gòu)壽命期問題?；诮鉀Q夠耐久性設(shè)計的新設(shè)計理念認為橋梁耐久性的保證是需要橋梁設(shè)計、施工、運營和維護各個階段共同努力的結(jié)果。

2.2 重視橋梁的超載問題

早期修建的老橋超齡負載運營和橋梁通行的車流量超過原設(shè)計，這兩種情況主要是由設(shè)計荷載的變化和交通量的增加所導致的。而車輛違規(guī)超載則是車輛使用者違法超載營運。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，甚至會出現(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。

2.3 重視對疲勞損傷的研究

橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微小缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋得不到有效控制，極有可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。

3、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的主要內(nèi)容

3.1 上部結(jié)構(gòu)細部設(shè)計

(1)橋面鋪裝。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復應力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

(2)橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計中僅單一采用防水混凝土進行防水。由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂后防水性能便大為下降。

(3)主梁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件，一般在設(shè)計當中均要進行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計算角度均能滿足規(guī)范要求?？墒窃趯嶋H運營當中，主梁箱體內(nèi)長期大量積水的現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地損傷了主梁的預應力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對于主梁細節(jié)設(shè)計的不到位，主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善，橋面積水在長時間不能排出橋外時便通過梁頂裂隙進入箱體，進而在箱體內(nèi)不斷積累，最終形成箱體內(nèi)積水。

3.2 下部結(jié)構(gòu)的細部設(shè)計

樁基頂部與承臺或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土（尤其像鹽漬土、土中有機質(zhì)）等因素中的一種或幾種的影響，經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境，對于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級，選擇相應的耐久性設(shè)計標準，最終確定保護層厚度。

總之，橋梁安全性和耐久性是一項系統(tǒng)工程，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要把當前先進的設(shè)計與管理經(jīng)驗同我國具體實際相結(jié)合，這樣才能使設(shè)計真正的合理、經(jīng)濟、安全、耐久。

參考文獻

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