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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(tài)

2.1什么是預應力橋梁保持耐久性所能承受的極限狀態(tài)

所謂預應力橋梁耐久性的極限狀態(tài)，是可以使橋梁達到正常的使用狀態(tài)，所用的最長時間。如果橋梁在使用過程中出現(xiàn)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(xiàn)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(tài)的分類

預應力橋梁的耐久性極限值可以體現(xiàn)在三種狀態(tài)下，第一種是預應力橋梁的鋼筋發(fā)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(chǎn)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(fā)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(xiàn)象會更加嚴重，混凝土如果發(fā)生碳化反應也會收縮出現(xiàn)變形，嚴重時就會產(chǎn)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(xiàn)因腐蝕造成的小坑。鋼筋中還會發(fā)生極人反應，極化反應不會使造成數(shù)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(chǎn)生裂縫的極限狀態(tài)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(jù)公路橋梁規(guī)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(chǎn)生裂縫的極限狀態(tài)的方程式。

（2）確定橋梁耐久性壽命期內(nèi)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(lián)的，根據(jù)公路橋梁的運行狀態(tài)，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(shù)，就可以得出這樣的結論：恒載變異系數(shù)的模型分布是正態(tài)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(huán)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(shù)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(guī)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(shù)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(huán)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(jīng)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(tài)，介紹了這個極限狀態(tài)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。

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