影響港口工程結構性能的因素探究

摘 要：中國是世界上人口最多的國家，也是世界級的港口大國。人們的日常出行和物資運輸都離不開港口的高速運轉，再加上我國對港口的建設和養護關鍵技術突破的戰略需求，所以對影響港口工程結構性能的因素進行研究十分必要。筆者根據工作實踐和翻閱相關資料，從研究意義和因素探究兩個方面，來闡述港口結構性能的建設和養護重要性。

關鍵詞：港口工程；結構性能；影響因素

我國的大部分港口工程設計更注重施工期的安全性和強度，但沒有考慮結構的耐久性，可維護性和可交換性。成本估算和經濟性更關注建設成本，而且在建設成本，維護階段的維護和部件更換方面成本差異相對較小。分離建設和種植，重視短期投資和長期經濟考慮是不夠的。如何規范港口工程設計、施工、運行和維護管理，優化各階段成本，延長港口工程的使用壽命，充分發揮運輸基礎設施資產在整個生命周期中的服務效能已成為水利行業面臨的巨大挑戰。

一、 研究港口工程結構性能退化的意義

港口工程的結構性能從竣工開始就不斷受到各種因素的侵蝕，所以正確理解港口工程的結構退化特性是結構耐久性設計，維護管理和降低生命周期成本的前提和關鍵環節。從另一個角度來說，如果對港口工程性能退化沒有系統合理的預測分析方法，研究人員實施科學合理的設計，維護和實際工程使用是不可能的。因此，有必要對結構性能退化進行深入研究，系統分析結構退化機理及其影響因素。建立結構性能退化模型，對結構性能從定性到定量進行分析和判斷。通過對港口工程高樁碼頭性能退化問題的研究，一方面有助于對現有高樁碼頭結構進行性能評估，并選擇正確的結構修復方法；另一方面，有利于提高新建高墩碼頭工程的設計水平和施工質量，保證結構的正常運行。它還為修改規定、設計高樁碼頭和管理碼頭提供了基礎。

二、 影響港口工程結構性能的各種因素

（一） 鋼筋銹蝕的影響

鋼筋銹蝕對結構性能和安全性能的影響主要體現在以下兩個方面：由于鋼筋的腐蝕，其橫截面積減小，延展性降低，機械性能下降。鋼筋腐蝕產物的體積膨脹會導致混凝土開裂和保護混凝土層開裂甚至脫落。因此，結構的機械性能和耐久性降低，并且鋼筋的腐蝕對混凝土性能的劣化具有很大影響。

（二） 混凝土裂縫的影響

港口工程建筑物處于復雜和嚴酷的工作環境中，包括波浪、潮流、冰、潮汐差異、風、船舶碰撞和溫度差異。在長期荷載作用下，結構容易開裂和破裂，導致結構表面出現裂縫。混凝土結構的開裂是混凝土結構性能惡化的宏觀表現。由于破裂，導致性能下降的各種侵蝕性介質會加速混凝土結構的擴散和破壞。由此產生的裂縫會導致其他疾病的發展和發展，例如腐蝕溶液的侵蝕，凍融破壞的擴大，鋼筋的腐蝕以及混凝土碳化的加劇。港口工程混凝土結構的耐久性會造成很大的危害，這將導致結構性能的下降。目前對鋼筋銹蝕與混凝土裂縫寬度關系的長期試驗研究并不多，混凝土裂縫寬度在工程設計中需要嚴格控制。這也是調節各國混凝土構件裂縫寬度時要考慮的主要因素。

（三） 多因素耦合作用的影響

現有的研究結果表明，氯離子在不同年齡和負荷水平下的擴散滲透深度兩者隨著載荷水平的增加而增加，并且隨著加載時間的增加而增加。荷載作用下混凝土的應力狀態對氯離子的擴散有一定的影響。與處于非應力狀態時相比，壓應力降低了混凝土中氯離子的擴散系數，拉應力加速了混凝土中氯離子的擴散。拉應力的存在會加速混凝土的碳化，載荷與由凍脹應力產生的微裂紋相互作用，導致微裂紋快速膨脹，從而導致結構脆性破壞。

（四） 堿骨料反應的影響

堿骨料反應是混凝土、水泥、外加劑和水中的原料與骨料的混合物發生的復雜化學反應。所得產品的水膨脹導致混凝土內部應力，引起膨脹和開裂，導致混凝土的性能損失。一旦發生堿骨料反應，混凝土的所有部分都會出現膨脹應力，混凝土本身也會開裂。堿集料反應產生的裂縫是膨脹性裂縫，在沒有約束條件下會出現網狀裂縫；在約束鋼筋的情況下，由于受鋼筋約束力的影響，沿著支管存在裂紋，并且當骨料膨脹時，堿骨料反應導致整個構件伸長，使混凝土構件變形，造成破壞。

總之，分析上述因素對結構性退化的影響，是建立合理的結構性能退化模型的基礎，也是研究人員展開研究的基礎。對于新結構，結構性能退化模型的研究是制定合理的耐久極限狀態的基礎。另外，結構性能退化模型也是在設計階段制定合理的維護策略以實現整個生命周期結構的最優成本的理論基礎。對于現有結構，通過進行必要的測試，根據性能退化規律判斷結構的使用狀態，以評估結構的實際功能并重新設計結構。同時我國幅員遼闊，橫跨多個溫度帶，所以導致各地港口工程結構性能的因素也會各有差別，這就需要研究人員對其進行更加深入的研究，早日完成黨和國家對于港口的建設和養護關鍵技術突破的戰略需求，將我國的港口建設推到一個全新的高度。

參考文獻：

[1]胡昊.港口工程項目設計風險分析及管理研究[D].天津大學，2016.

[2]劉學勇，楊國平.港口工程鋼筋混凝土結構性能退化的影響因素[J].中國港灣建設，2015，35（06）：41-45.

作者簡介：

俞胡林，安徽省宣城市，宣城市港航管理局。