基于耐久性的混凝土橋梁結構設計研究

文 / 李勝華

橋梁是現代社會最重要的交通樞紐之一，隨著我國交通通行數量的不斷增加，混凝土橋的構造要求具有更高的強度和耐久性。若混凝土橋梁結構強度和耐久性無法滿足現階段的交通需求，不僅會導致橋的整體壽命顯著縮短，同時也會對我國交通運輸業的發展產生嚴重的不良影響。因此,設計者必須全面進行混凝土橋結構的耐久性設計。然而,當前不少設計人員并未了解混凝土橋梁結構耐久性設計的重要性，或受自身專業技能的限制，對混凝土橋梁結構耐久性設計不合理，從而導致混凝土橋梁結構耐久性較差，這些問題均會對橋梁工程的穩定、健康和長久運行造成諸多的不良影響。基于此，就需要設計人員全面做好混凝土橋梁結構耐久性設計。

一、基于耐久性的混凝土橋梁結構設計現狀及存在的問題分析

自19世紀水泥出現后，混凝土、鋼筋混凝土等被我國廣泛應用于橋梁、房屋等工程建設中。由于混凝土自身具有抗壓強度高、強度等級范圍寬、耐久性好等特點，其在我國橋梁基礎建設中占據著重要的地位。然而，隨著使用年限的不斷延長，不少橋梁工程已經步入“老齡化”的階段，再加上現代運輸業不斷發展，橋梁上的行車負載量不斷增加，均會導致混凝土橋梁結構耐久性降低。除了這些因素外，不少研究均指出，基于耐久性的混凝土橋梁結構設計質量不足也是降低混凝土橋梁結構耐久性的重要原因之一，如使用混凝土質量較差、鋼筋保護層厚度設計不當等均易導致混凝土橋梁結構鋼筋保護層出現銹蝕，從而降低橋梁結構的強度和耐久性，也會縮短橋梁的使用年限。

（一）材料選擇不合理

在混凝土橋梁結構設計過程中，合理選擇混凝土混合材料和其他材料不僅能顯著提高橋梁結構強度，還能提升工程整體的施工質量,從而提高橋梁結構的耐久性。例如，合理選擇混凝土的高堿溶液、氧化鐵保護膜附著在混凝土內部的鋼筋結構表面，不僅能提高混凝土橋結構的耐久性，同時還能有效預防混凝土橋梁結構發生鋼筋銹蝕、開裂等病害問題。然而，在橋梁結構設計過程中,很多設計者沒有考慮材料元素對混凝土橋梁結構的影響，不能合理選擇材料進行混凝土橋梁結構設計和工程建設，進而會降低混凝土橋梁結構的耐久性和工程整體的建設質量。

（二）橋梁結構設計過程中的人因失誤

在橋梁結構設計過程中，不少設計人員均認為橋梁結構強度提升，能有效提高橋梁工程整體的強度和安全性,這樣的片面認識會導致設計者在混凝土橋構造設計中只重視橋構造的強度設計。而忽略了設計過程中的計算標準不明確、橋梁工程設計標準低等人因失誤，這些問題也會極大地影響混凝土橋梁結構的耐久性。尤其是隨著我國橋梁上交通量的逐漸增多，若在設計過程中，設計者遵守傳統的橋結構設計標準，不僅會導致設計的混凝土橋結構耐久性和安全性不足，給其運行造成巨大的安全隱患,也無法滿足現階段的交通需求。

（三）橋梁結構設計方法不當

混凝土橋梁結構設計包含的內容眾多，如結構保護層厚度設計、支座結構設計、伸縮縫構造設計、排水結構設計、橋面設計等，任何一項環節設計不當均會對混凝土橋梁結構耐久性產生不良的影響。然而，受不少設計人員設計理念滯后、專業技能不足、單純考慮工程建設投資成本、對基于耐久性的橋梁設計考慮不足等因素的影響，常常會導致設計人員難以采取正確或規范的方法進行混凝土橋梁結構設計，從而也會降低混凝土橋梁結構的耐久性。

二、基于耐久性的混凝土橋梁結構設計策略

（一）做好混凝土結構材料設計

混凝土結構材料選擇合理與否對混凝土橋梁結構耐久性具有直接的影響。混凝土橋的結構設計和建設工程實踐證實，混凝土橋結構所使用的混凝土種類、用量和水灰比等對混凝土的碳化速度和酸堿度有一定影響，從而會對混凝土橋梁結構的耐久性產生一定的不良影響,因此,就需要設計者認識到混凝土橋的結構耐久性受材料因素的影響，并在設計過程中合理選擇混凝土材料及相關水泥用量、水灰比等。一般來說，含有堿度高的水泥，與其他原料混合后容易產生膨脹反應生成膨脹物質或吸水膨脹物質，不僅會破壞橋梁結構的整體性，還易引發混凝土結構裂縫。因此，設計者必須選擇低堿水泥作為混凝土橋結構材料，并嚴格控制好低堿水泥、用水量及水灰比等，以全面提升混凝土結構的抗滲性，由此才能顯著提高其耐久性。另外，由于混凝土橋梁結構會使用較多的鋼筋材料，而鋼筋與氯離子發生反應會被腐蝕，因此，設計者也不能選擇氯水泥作為混凝土的原材料。防止鋼筋腐蝕，降低混凝土結構的耐久性。

（二）按照最新的橋梁結構設計標準進行結構設計

在混凝土橋結構的設計過程中，為了避免影響混凝土橋結構的耐久性，設計人員還需綜合考慮橋梁工程設計標準低、計算標準不明確等因素對混凝土橋梁結構產生的影響，全面學習最新橋梁結構設計標準及要求，然后，橋結構設計按照最新的橋結構設計標準嚴格執行，這樣才能設計出符合現代交通需求的橋梁和最大限度地提升混凝土橋結構的耐久性。

（三）采用恰當的方法做好各項橋梁結構設計

1.做好結構保護層厚度設計

在鋼筋混凝土的簡單支柱橋工程的結構設計過程中，將混凝土結構保護層設計厚度適當增加可促進橋梁結構的耐久性提升，但是，混凝土結構保護層厚度增加的同時，建設投資的成本也相應提高。為了提高混凝土橋的結構耐久性和達到經濟型工程建設的要求，設計者參照梁鋼筋保護層的厚度，以橋梁耐久性的影響為計算基準，合理設計結構保護層的厚度，不僅能有效降低建設投資的成本，還能提高橋梁的結構耐久性。

2.支座結構設計

橋梁支座是支撐橋梁結構的重要構件,若其結構設計不當會對整個橋梁結構耐久性產生不良影響，因此,設計者需要全面優化支撐座周圍的細節結構來設計。例如，要做好支撐座周圍細微部分構造的防塵、防水設計，只有不讓周圍的灰塵和積水影響支承座構造，才能提高支承座構造的耐久性。另外，橋接支撐構件的使用壽命比較短在結構設計過程中，設計者需要在柱子上留下一定的設備空間，以為后續支座更換或維修處理工作提供有利條件。

3.伸縮縫構造設計

混凝土橋結構設計最重要的一環是橋的伸縮縫隙結構設計，且該項設計內容也會對混凝土橋梁結構耐久性產生直接的影響，因此，就需要設計人員高度重視合理設計橋梁伸縮縫構造。如果在伸縮縫隙結構和梁兩側設計并嵌入鋼筋，則可全面提高伸縮縫隙整體結構的穩定性從而也能提高橋梁結構的耐久性。另外,設計者必須盡量采用鉸鏈來代替接頭。由此，不僅可以減少伸縮縫隙的設置數量，還可以提高伸縮縫隙結構的設計質量，并預防和減少伸縮縫隙的病害。

4.排水結構設計

良好橋接結構的排水防止結構設計，可有效減少橋表面積的水和橋下的浸水，提高混凝土橋結構的耐久性。為了提高橋結構排水防止結構的設計品質，設計者必須根據橋結構的實際情況，合理設計排水系統的出口、排水管等，以防止橋梁構件漏水而發生積水問題。再如，在橋面泄水管的設計過程中，設計人員應將混凝土結構和泄水管隔離開來，并對泄水管進行密封處理,以促進橋面積水全部排到橋下，另外，必須采用垂裙式的壁護欄防水方式，設計橋外側的翼板構造。

5.橋面設計

受外部環境、內外溫差、橋面上行車荷載等因素的影響，混凝土橋的橋面容易發生變化、裂縫、沉降等病害。這些問題不僅影響橋的結構耐久性，還對橋上運行的安全構成了嚴重的威脅。如在設計過程中，需合理選擇橋面鋪設混凝土材料，一般選擇等級高、密度高的混凝土。另外，在混凝土中加入適量的復合纖維混凝土，不僅能提高橋面和橋結構整體的耐久性，還能有效降低橋面產生裂縫的概率。

（四）采用先進的防腐技術提高橋梁結構耐久性

鋼筋混凝土的裂縫是混凝土橋最常見的病害之一。另外，由于裂縫的問題，橋面積的水滲入橋的構造內部，會對橋構造中鋼筋產生腐蝕作用，從而影響橋梁結構耐久性。因此，就需要設計人員采取合理的防腐技術對鋼筋混凝土進行處理，如在鋼筋表面涂抹防腐層防止腐蝕性、水份、氧份介質滲入結構保護層，并做好鋼筋和涂層的黏合，可以提高混凝土橋結構的耐久性。另外，設計人員還需積極學習和引入國外先進的鋼筋防腐技術,將環氧樹脂鋼筋應用于混凝土橋梁結構設計和施工建設中。

結語

混凝土橋的結構耐久性設計質量與整個橋的結構耐久性、穩定性及使用年限的高低密切相關，同時也會對橋梁運輸業和橋梁上行車安全產生一定的影響，因此，設計者必須嚴格進行混凝土橋結構的耐久性設計。然而，當前我國混凝土橋梁結構耐久性設計現狀不佳，存在較多的問題，如材料選擇不合理、橋梁結構設計過程中的人因失誤、橋梁結構設計方法不當等。對此，設計者有必要積極探索基于耐久性的混凝土橋結構設計方法，如做好混凝土結構材料設計、按照最新的橋梁結構設計標準并采取適當的方法做好各橋梁的結構設計，采用先進的防腐技術來提高橋的結構耐久性，從而促進混凝土橋梁健康長久地運行。