預應力橋梁結構耐久性與剩余壽命研究

巫容初（福建省龍巖市連城縣交通局，福建　連城　366200）

預應力橋梁結構耐久性與剩余壽命研究

巫容初
（福建省龍巖市連城縣交通局，福建連城366200）

本文主要介紹預應力橋梁耐久性程度的概念和分類，分析了影響橋梁耐久性的一些因素，如混凝土、氯離子、鋼筋的腐蝕或侵蝕，并指出了橋梁壽命的預測方法。

預應力橋梁；耐久性；橋梁壽命

1　前言

混凝土得到了廣泛應用，對提高混凝土壽命的研究與技術革新也在不斷的進行，以便能使混凝土更好的得到使用，更好的為人們的生活和生產服務。在橋梁工程方面，體外預應力技術是橋梁結構中最為常用的一種結構，采用這種結構的橋梁稱為預應力橋梁。它簡單易行，便于施工，能很好的改善橋梁的受力作用，對橋梁有良好的加固作用，同時不影響正常的交通使用，在橋梁建造領域得到了廣泛的推廣應用。預應力橋梁會受到自然和氣候等因素的影響，這些影響因素作用于預應力橋梁會產生腐蝕銹變，預應力橋梁會受到一些損壞，使預應力橋梁的壽命縮短，影響正常使用功能，有時還會造成嚴重的坍塌，給正常的生產和生活帶來不良的影響。所以相關人員相對預應力橋梁的耐久性和剩余壽命進行研究，只有這樣才能了解橋梁的相關情況，并使得橋梁的質量更加堅固，建造技術更加成熟。

2　預應力橋梁要保持耐久性所能承受極限狀態

2.1什么是預應力橋梁保持耐久性所能承受的極限狀態

所謂預應力橋梁耐久性的極限狀態，是可以使橋梁達到正常的使用狀態，所用的最長時間。如果橋梁在使用過程中出現了裂縫，就不能正常使用了，它的耐久性就會受到影響，同樣的如果橋梁結構出現了裂縫，使橋梁遭受振動，也會引起橋梁耐久性的破壞。

2.2預應力橋梁保持耐久性所能承受的極限狀態的分類

預應力橋梁的耐久性極限值可以體現在三種狀態下，第一種是預應力橋梁的鋼筋發生了輕微的銹蝕；第二種是預應力橋梁的表面受到了一定程度的損傷；第三種是預應力橋梁因為外界因素的影響產生了嚴重的銹蝕。如果是普通的鋼筋，它的外表層如果有銹蝕，也會影響其耐久性，預應力橋梁更加嚴重的銹蝕下也會影響耐久性。

3　橋梁的耐久性受到影響的因素

3.1混凝土因為碳化腐蝕而影響橋梁的耐久性

混凝土如果發生碳化反應，剛開始結構是不會受到明顯的影響的，時間一長強度會越來越弱，堿性部分被耗用，鋼筋表面就會失鈍，如果是高強度的應力失鈍現象會更加嚴重，混凝土如果發生碳化反應也會收縮出現變形，嚴重時就會產生裂痕，鋼筋和混凝土之間會不再粘合在一起，保護層越來越失去保護作用。

3.2氯離子不斷擴散侵蝕，會使影響橋梁的耐久性

預應力橋梁的氯離子擴散侵蝕主要是橋梁結構中有了氯離子的侵入，氯離子一般會滲透到混凝土里面的外添加劑和水里面，久而久之進入了橋梁結構，然后開始大肆破壞，鋼筋的表面因為氯離子的擴散就開始受到侵蝕。氯離子入侵后會使鈍化膜受到破壞，鋼筋失去了外層保護，久而久之就形成了一個腐蝕結構的電極，鋼筋的有些部位會出現因腐蝕造成的小坑。鋼筋中還會發生極人反應，極化反應不會使造成數量的減少，但是會不斷的對鋼筋進行腐蝕，最后影響預應力橋梁的壽命。

3.3鋼筋銹蝕

預應力橋梁所用的混凝土是堿性的，如果混凝土中不小心混入了氯離子，會破壞其中的堿性特質，就會對混凝土造成破壞，混凝土對鋼筋的保護作用就會大大削弱，鈍化膜受到了氧化作用，并受到了非電解溶液的侵入，電化學的腐蝕性越來越強，腐蝕形成的電流對鋼筋表面會形成致使的傷害，甚至于會加速破壞鋼筋，預應力橋梁的耐久性越來越受到影響。

4　預應力橋梁壽命的預測方法

（1）建立模型。要想計算預應力橋梁的剩余壽命，首先就要建立一個模型，然后得出預應力橋梁受到外力的作用影響耐久性產生裂縫的極限狀態的方程式，結構在使用時是否耐久，是與橋梁結構的正常使用時間相關的。計算時依據公路橋梁規范，就可以計算得出預應力橋梁受到外力作用影響耐久性產生裂縫的極限狀態的方程式。

（2）確定橋梁耐久性壽命期內的荷載。車輛所能承受的荷載量是與車輛本身的重量、車與車之間的距離、軸重以及軸距是有很大關聯的，根據公路橋梁的運行狀態，可以算出預應力橋梁所能承受的荷載，然后可以用建立的模型中的車輛荷載的情況，算出橋梁的自重值和橋梁的附屬物的重量，然后推算出恒載變異系數，就可以得出這樣的結論：恒載變異系數的模型分布是正態的。

（3）構建時變抗力概率模型。在橋梁正常使用時，結構抗力會與時間呈正相關的關系，也就是說時間向前，它也會不斷變化，時間軸不同，結構抗力的概率也是不盡相同的，如果環境和腐蝕條件有變化，橋梁的結構抗力也會隨之而變。在對橋梁的耐久性進行分析時，要考慮橋梁的結構性能、計算模式、幾何參數等因素，將抗力作為基本的變量，也要考慮基本變量的時變規律。

（4）耐久性剩余壽命。一是要對結構的相關指標進行確定，如溫濕度、數學尺寸、保護導厚度等；二是要確定橋梁結構的壽命和鋼筋可能會生銹的時間；三是要對橋梁的耐久壽命和設計基準周期進行假設；四是在計算時間時，要用極限方式來做，要綜合考慮碳化和氯離子的影響，從剩余壽命和荷載曲線兩個方面來算出橋梁的剩余壽命。五是如果求出了可靠指標，將它的值與初始值進行比較，如果可靠指標大于初始指標就要按照第三步進行反復求解，如果是小于的話，就將此時的橋梁剩余壽命的可靠指標進行記錄即可。

5　小結

預應力橋梁是一種被廣泛使用的橋梁施式形式，和其他的橋梁一樣它也會受到外面環境的影響，所以就必須對橋梁的壽命進行分析，通過分析可以提出應對對策，以便促進我國道路橋梁的通行，同時也會間接增加經濟收益。本文分析了使橋梁更具有耐久性的最長時間具有的狀態，介紹了這個極限狀態的含義、相應的分類和相關的設計，并介紹了導致橋梁耐久性受到影響的因素，這些因素包括混凝土、氯離子和鋼筋等受到的腐蝕或侵蝕。最后分析了橋梁剩余壽命的預測方法，預測流程是這樣的：建立模型→調查荷載能力→建立時變抗力概率模型→求解剩余壽命。

［1］陳峰.預應力橋梁結構耐久性與剩余壽命研究［D］.西安：長安大學，2011.

［2］陳銘軍，劉小波.預應力混凝土橋梁的耐久性研究［J］.四川建筑：2009（03）：107-109.

［3］徐棟，徐海軍.預制節段體外預應力橋梁的耐久性評述［J］.同濟大學學報（自然科學版），2003（11）：1261-1265.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.112