1、混凝土桥梁结构耐久性设计摘要：作为桥梁耐久性保障的第一步, 桥梁结构设计必须重视耐久性设计问题, 从选材、选型等多个层面全面加强混凝土桥梁结构的耐久性。本文探讨了混凝土桥梁结构耐久性设计措施。 关键词：混凝土；桥梁；结构；耐久性；设计；措施 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。长期以来，工程界普遍认为混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料( 其实这一认识是局限在 30 a 左右的设计基准期，而不适用新桥规的 100 a 设计基准期)，在工程设计中忽视了钢筋混凝土结构耐久性问题，造成了钢筋混凝土结构耐
2、久性研究和设计的相对滞后，并为此付出了巨大的代价。 一、桥梁耐久性差的主要原因 1、桥梁设计规范方面的不足 桥梁结构建设过程中的各个方面工作都需要有质量保证体系，而尤其重要的是“行为”的规范、规程、指南或标准。工程建设中，一切工作都要有管理条例、各项工作都必须按规定执行，不能随心所欲修改或变更，退一步说，即使有修改或变更也要有文件规定。与国外的大多数参考性的规范、规程、指南的文件不同，我国的各种相关规范、规程都是强制性的文件，都具有法律责任。然而，我们对它的管理大大落后于工程科学的发展。尤其是一些跨海大桥，目前相关规范都不适用，而约束各项工作的新规范、规程和指南还未组织与编写。如何进行高浓盐碱
3、环境下的桥梁结构优化设计成为规范亟待解决的问题。 2、设计和结构构造体系的缺陷 在桥梁设计领域，结构耐久性不足已成为一个最现实的重要问题。而实际操作中，许多设计人员往往只满足于对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的耐久性。比如结构整体性和延性不足、计算图式和受力路线不明确、混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄，等等。这些都无形中削弱了结构耐久性。此外，环境和使用条件不同，设计者对结构体系设计的要求。合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断
4、。 3、桥梁施工和管理方面的问题 目前国内桥梁建设的现状是工期紧、任务重、突击建设，加上野蛮施工和管理腐败很容易出现个别桥梁发生诸如突然破坏与倒塌的现象。究其原因，大多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，材料强度不足和施工工艺不合格。也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，这些都对桥梁结构耐久性造成致命的损害。更严重的是，一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，这也与施工质量低下有重要关系，譬如钢筋保护层不足或施工现场出现严重的构件开裂问题。这些因素都会对桥梁结构的长期耐久性产生非常不利的危害。 二、混凝土桥梁结构耐久性设计的措施 1、加强对桥梁结
5、构耐久性的研究 桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域，国内从上世纪 80 年代以来，修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用又增大了经济损失。 需要指出的是，很多这类问题与没有进行合理的耐久性设计有关，这也促使人们重新认识桥梁的耐久性问题。大量的病害实例也证明，除了施工和材料方面的原因，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上（也即设计
6、上）的缺陷。 国内从上世纪 90 年代开始重视了对结构耐久性的研究，也取得了不少成果。这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，对如何从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人研究。而且，长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别，目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析发展。 2、加强对桥梁结构疲劳损伤的研究 桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并
7、非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。 疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题，由钢结构疲劳引起的钢材开裂案例较多，亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近 20 年来，疲劳损伤的研究已进入混凝土结构，但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言，事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效，
8、例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。 3、加强对“超载”的管理 车辆超载同样也会对桥梁结构产生疲劳损伤，但其后果远远超过正常使用状态下的情况，属于超规范范畴的问题，需要特别强调。 车辆超载主要有三种情况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加；后者是车辆使用者违法超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。 桥梁的超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而危害桥梁的安全性和耐久性，缩短桥梁使用寿命，更有甚者会出现一些因超载引发的结构破坏事故
9、。桥梁超载已成为目前迫切需要解决的难题，要积极借鉴国外成功的经验和做法，除了要从桥梁耐久性设计和加强施工质量管理外，同时需要从行政上加强对超载的管理。 4、推广使用防腐技术，提高结构耐久性。 目前我国大量地修建 1625m 的多跨现浇连续钢筋混凝土箱梁结构的桥梁，由于普通钢筋混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构，因而在负弯矩区总会出现负弯矩裂缝，鉴于负弯矩区裂缝是一种向上开口的“V”形裂缝，桥面水容易渗入，遭受长期浸蚀后，负弯矩钢筋的锈蚀问题是应予以重视的问题。近年来，由国外引进的环氧树脂涂层钢筋已在国内生产，应用于一般钢筋混凝土负弯矩区的钢筋中，这对保证结构的耐久性无疑是很好的事情。再如，
10、英、美等国的调查均发现锚头区有钢丝锈蚀问题，甚至发生过桥梁倒塌事故，因而张拉结束后立即用环氧树脂砂浆封堵锚头可有效防锈。 总之，随着混凝土桥梁的耐久性问题越来越受到重视，在桥梁的建设和设计中， 应做到力学结构设计和耐久性设计并重。特别在侵蚀性较严重的环境中， 耐久性设计的重要性更为突出。在桥梁的养护中， 应从预防性养护的角度出发， 采取有效的养护措施， 提高混凝土桥梁的耐久性，延长桥梁的使用寿命，降低桥梁全寿命周期费用。 参考文献： 1 程 芸. 土建结构工程的耐久性与安全性 J . 山西建筑,2008, 34( 11) : 89- 90. . 2 陈肇元. 混凝土结构的耐久性设计方法J. 建筑技术, 2003,(05) . 3 吴定略. 浅谈混凝土桥梁的耐久性及控制措施J. 山西建筑, 2007,(33) .
