橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設計實踐探微

李曉光

摘 要：耐久性是橋梁結(jié)構(gòu)設計的要素之一，會對橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命產(chǎn)生重要影響，因此強化其專項設計具有重要意義。文章先簡要就影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設計質(zhì)量的因素進行分析，然后基于設計視角深入探討如何提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

關鍵詞：橋梁工程；耐久性；結(jié)構(gòu)設計

中圖分類號：U442.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0095-02

Abstract： Durability is one of the main elements of bridge structure design， which will have an important impact on the service life of bridge structure， so it is of great significance to strengthen its special design. This paper first briefly analyzes the factors that affect the durability design quality of the bridge structure， and then discusses how to improve the durability of the bridge structure based on the design perspective.

Keyword： bridge engineering； durability； structural design

隨著國內(nèi)交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，橋梁事業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，橋梁工程建設項目不斷增多，尤其是高等級橋梁所占比例越來越大，對橋梁工程耐久性提出了越來越高要求。要提升橋梁工程結(jié)構(gòu)的耐久性，需要從設計工作環(huán)節(jié)開始就強化耐久性設計，確保從根本上提升橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

1 橋梁工程耐久性設計質(zhì)量的影響因素

1.1 設計問題

設計問題是影響橋梁工程耐久性的一個最為重要的因素，具體表現(xiàn)為：其一，有些設計人員只考慮橋梁結(jié)構(gòu)強度、剛度等安全性，卻忽視了結(jié)構(gòu)體系、材料強度和施工維護等因素，以至于因人為失誤而影響了結(jié)構(gòu)的壽命；其二，結(jié)構(gòu)構(gòu)造設計不合理，如鋼筋保護層厚度不足，混凝土等級比較低等，影響了結(jié)構(gòu)耐久性。比如，在設計橋梁構(gòu)造的過程中，對于圖1所示的連續(xù)梁橋和圖2所示的簡支梁橋，如果二者采用的蓋梁截面與配筋保持一致，且處于同一使用環(huán)境中，那么簡支梁蓋梁的耐久年限要比連續(xù)梁的蓋梁質(zhì)量差，這主要是由于簡支梁的蓋梁會長期受到雨水等侵襲，影響其使年限。

圖1 連續(xù)梁

圖2 簡支梁

因此，在橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設計期間，設計人員必須要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)造及體系對其耐久性所帶來的影響，科學確定混凝土保護層厚度以及混凝土等級及水灰比等設計參數(shù)。否則，這些因素問題均會給后續(xù)的橋梁工程的耐久性設計質(zhì)量產(chǎn)生影響。

1.2 超載問題

在橋梁工程結(jié)構(gòu)設計的過程中，雖然相關規(guī)范設計中考慮了行車荷載的一些超出量，但是在現(xiàn)實生活中不可避免會出現(xiàn)超載問題，如果設計人員沒有進行合理設計，那么就容易在過大荷載作用下使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞問題或結(jié)構(gòu)損壞問題，進而也會對其耐久性產(chǎn)生影響。此外，如圖3所示，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性會隨著時間的延長而出現(xiàn)退化問題，設計人員如果沒有在耐久性設計中考慮適當預留度，那么同樣會給最終的設計質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，在橋梁工程耐久性設計期間，設計人員需要做好冗余設計，考慮耐久性衰退等情況，確保整體橋梁工程設計的有效性。

2 橋梁工程耐久性設計質(zhì)量的提升對策

2.1 優(yōu)選結(jié)構(gòu)設計材料

增強橋梁工程的耐久性，可以從優(yōu)選結(jié)構(gòu)設計材料入手，首先要選擇一些含堿量和水化熱偏低的水泥材料；骨料具有良好的潔凈性、堅固性和耐久性，確保粗骨料粒形和級配合理性的基礎上，盡量少使用水，并要降低混凝土中的水泥用量。與此同時，在拌制混凝土的過程中，要避免其出現(xiàn)離析問題，使其保持良好的和易性和澆筑性，這樣可以從整體上增強橋梁工程的耐久性。考慮到混凝土中所存在的氯離子會腐蝕鋼筋材料，所以設計過程中要注意對其中的氯鹽含量進行控制，確保其比例控制在1%范圍內(nèi)，并要做好相應的振搗施工，以便可以有效確保混凝土施工整體質(zhì)量。在選用鋼筋材料的時候，除了選擇那些耐腐蝕性和焊接性良好的，還要做好鋼筋及鋼絞線等鋼材材料的防腐等防護工作，確保在使用過程中，不會因為材料質(zhì)量而影響橋梁工程整體的耐久性。此外，在凍融或沿海地區(qū)等某些特殊環(huán)境條件下，需要結(jié)合施工現(xiàn)場所在的抗凍耐久性指數(shù)、抗凍等級等實際情況來科學確定混凝土拌合物的含氣量和水灰比；如果位于沿海地區(qū)，那么在設計混凝土的過程中要結(jié)合實際情況，重點考慮混凝土防水性這是設計要點，靈活使用防腐混凝土，適當?shù)卦谄渲袚郊右恍┓冷P劑，這樣可以極大地增強混凝土的防水性，延長其使用性能。

2.2 重視結(jié)構(gòu)冗余設計

在橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設計的過程中，需要高度重視冗余設計的重要性，這里所指的冗余設計實際上就是要適當?shù)胤糯笤O計標準和限制，盡可能地將車輛超載等問題以及結(jié)構(gòu)耐久性隨時間衰退問題等考慮在內(nèi)，提升橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設計的整體質(zhì)量。比如，在橋梁工程結(jié)構(gòu)進行設計的過程中，需要做好軸載譜調(diào)查工作，結(jié)合軸重核查橋梁設計荷載、車輛構(gòu)成等實際情況，對車輛超載現(xiàn)象進行充分考慮，設計期間需要適當?shù)卦黾訕蛄航Y(jié)構(gòu)的安全儲備，使其可以承受未來更大荷載的可能性，這樣可以更好地提升橋梁結(jié)構(gòu)設計的耐久性，防范因為車輛超載等所造成的結(jié)構(gòu)耐久性失衡問題。

2.3 優(yōu)化橋梁構(gòu)造設計

從整體上來講，橋梁工程結(jié)構(gòu)眾多，包括主梁、橋面鋪裝、支座等構(gòu)成。為了確保橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設計質(zhì)量，需要對各個關鍵橋梁構(gòu)造進行優(yōu)化設計，強化各部分的耐久性。

（1）優(yōu)化主梁結(jié)構(gòu)設計。主梁是橋梁工程結(jié)構(gòu)的一個關鍵組成部分，其優(yōu)化設計也是提升結(jié)構(gòu)整體耐久性的關鍵，優(yōu)化要點如下：其一，在結(jié)構(gòu)設計期間，盡量選用預應力混凝土結(jié)構(gòu)這種耐久性比較好的結(jié)構(gòu)；如果選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，那么要將其梁跨徑控制在20m以下，且跨度13m和16m的結(jié)構(gòu)，如果沒有特殊要求，那么適當?shù)匾悦懿糡梁結(jié)構(gòu)為主，這樣可以更好地增強結(jié)構(gòu)設計的整體耐久性。其二，主梁保護層厚度要科學控制，確保其滿足規(guī)范規(guī)定的基礎上，結(jié)合實際的工作環(huán)境條件，對其厚度的最小數(shù)值進行有效控制。如果應用通用圖進行結(jié)構(gòu)設計，還需要結(jié)合項目所在區(qū)域的環(huán)境類別對保護層進行核實，尤其是做好高腐蝕性鹽漬土等特殊環(huán)境條件下的保護層厚度科學確定工作。其三，主梁間橫向整體性進行強化。針對箱梁或裝配式預制T梁，需要科學地設計加密橫隔梁，將其間距控制在10m以下，避免過大間隔影響整體結(jié)構(gòu)的耐久性。其四，在主梁構(gòu)造設計期間，考慮鋼筋布置和幾何尺寸擬定等影響的情況，同時考慮后續(xù)主梁結(jié)構(gòu)施工需求，做好鋼筋避讓設計，科學設計鋼筋控制位置，明確鋼筋避讓的先后順序。此外，要做好主梁排水構(gòu)造設計工作，科學設置滴水槽和泄水孔，避免積水問題對梁體外側(cè)造成侵蝕。

（2）優(yōu)化設計橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。鑒于橋面長期直接承受車輛荷載，并容易受到雨雪侵蝕，所以要做好橋面鋪裝設計工作，這是增強橋面鋪裝耐久性的關鍵，具體要點如下：其一，要盡可能地提升鋪裝所用混凝土強度等級和抗?jié)B能級，采用耐久性較好的水泥混凝土并且確保土層具有良好防水性；其二，鋪裝所用鋼筋材料科學選擇，確保鋪裝層強度的合理性，這也是控制現(xiàn)澆層裂縫的重要舉措。其三，在護欄之下位置處科學地設置泄水管和盲溝等，保證泄水槽等相關排水結(jié)構(gòu)設計的合理性。

（3）優(yōu)化設計橋面支座結(jié)構(gòu)。支座是聯(lián)系橋梁上下結(jié)構(gòu)的重要紐帶，也是承受集中力作用的薄弱構(gòu)建。一旦發(fā)生故障問題，就會給橋梁結(jié)構(gòu)的整體耐久性產(chǎn)生不利影響。在綜合考慮施工操作及后續(xù)養(yǎng)護操作便捷性等的基礎上，優(yōu)選支座型號，并要對梁截面扭矩進行科學調(diào)整，確保其所受力的均勻性，避免造成局部破壞問題。此外，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計要求，對橋墩等結(jié)構(gòu)進行抗震優(yōu)化設計，力求可以全面增強結(jié)構(gòu)設計耐久性。

3 結(jié)束語

耐久性是橋梁工程結(jié)構(gòu)設計的重要內(nèi)容之一，其會受到設計問題和超載問題等因素影響。所以要保證橋梁工程結(jié)構(gòu)設計整體質(zhì)量，就應在優(yōu)選結(jié)構(gòu)設計材料的基礎上，重視結(jié)構(gòu)冗余設計和橋梁構(gòu)造設計，確保可以增強其耐久性。

參考文獻：

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