关于桥梁耐久性能的全面质量剖析

摘要：从关注桥梁结构耐久性的意义入手,针对我国目前桥梁结构存在的耐久性

问题,从设计、施工、养护等方面系统地分析了其原因,并提出提高桥梁耐久性的

措施,从而延长桥梁的使用寿命。

关键字：桥梁结构耐久性措施监测事故

中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：

引言

在目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计。随着我国交通建设事业的迅速发展，这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果，也与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背，也不符合结构动态和综合经济性的要求。

1.耐久性差的主要原因分析

1.1施工和管理水平低

国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。

而大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，出现了影响正常使用的病害与劣化；特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，这也与施工质量低下有重要关系，典型的问题有钢筋保护层不足及目前广泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题（主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等）。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。

1.2设计理论和结构构造体系不够完善

在承认施工存在问题的同时，也不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。

许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄；这些都削弱了结构耐久性，会严重影响结构的安全性。不少桥梁、虽然满足了设计规范的强度要求，仅用了5～10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。

不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题、规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此，合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。

2设计中如何提高桥梁结构的耐久性

2004年新颁布的桥梁规范5公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6中明确规定了结构混凝土在最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大含碱量等方面的要求,这是对于桥梁结构耐久性最基本的要求。笔者认为耐久性设计应针对设计年限、结构所处的环境类别、荷载工况及不同的极限状态进行设计。

2.1加大混凝土保护层的厚度

保护层是钢筋与混凝土之间粘结力的保障,同时,对钢筋也能起到保护作用,防止有害介质侵入到混凝土内部腐蚀钢筋。有关研究表明,氯离子扩散至钢筋表面的时间与保护层厚度的平方成正比,而在碳化现象中,二氧化碳的扩散速度也与保护层厚度密切相关。一般来讲,保护层越厚,钢筋表面免于侵蚀的时间就越长,钢筋锈蚀的速度也就越慢,结构就越耐久。由此可见,加大混凝土保护层的厚度有助于提高混凝土结构的耐久性。

2.2选材方面的考虑

优选高性能的钢材,如高屈服、高强度、高水平钢材的断裂韧性、焊接性能好,耐腐蚀等。使用环氧涂层钢绞线和钢筋,防止钢绞线和钢筋腐蚀。优选高性能的混凝土,在桥面铺装中使用环氧沥青混凝土,可以增加强度、耐磨性及密实度,从而使桥面有更好的耐久性。对于水中下部的桥墩,建议使用抗渗性能好的混凝土,如采用普通硅酸盐水泥,标号不应低于42.5,水泥含量不应小于370kg/m3,水灰比不大于0.45。混凝土配合比设计中,严格控制混凝土的有害裂缝。如选择含碱量低的水泥,不使用碱活性的集料,避免将含氧化镁或硫酸盐的膨胀集料或生石灰碎块混入集料中等。混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大,一般情况下,钢筋混凝土中氯盐掺量应少于水泥重量的1%,掺氯盐的混凝土必须振捣密实,且不宜采用蒸汽养护。

2.3结构或构件选型方面的考虑

尽量选用箱形断面,提高结构的整体刚度,减轻桥梁的疲劳振动。尽量采用全预应力结构,对主桥纵、横向均施加预应力,保证截面在使用阶段不出现拉应力,防止结构出现裂缝。构件断面设计中,配置的钢筋间距应适当,方便振捣,使混凝土粗细骨料分布均匀,保证混凝土的密度和强度。混凝土外露面的边缘、棱角和沟槽均应呈圆弧形。

2.4加强简支梁端封头混凝土及铰缝施工质量控制

避免梁头和铰缝渗水在以往旧桥检测和加固施工中发现在空心板封头处,由于混凝土开裂,厚度过薄等原因,水从伸缩缝等部位沿着封头的微小裂缝逐渐进入空心板内部,并很难排出来,长期侵蚀梁体混凝土和钢筋。因此应注重封头混凝土施工质量,确保混凝土密实。在铰缝处,由于连接比较薄弱,加上施工质量较差,许多桥梁在使用早期就出现铰缝开裂,桥面铺装层沿铰缝纵向开裂,桥面防水层开裂,铰缝处严重渗水,板的翼缘混凝土碳化最为严重,部分钢筋开始锈蚀。因此,从设计上要采取措施,加强铰缝连接,避免单板受力,从而保证桥面防水层整体性不被破坏。

2.5注重防水层的设计

桥梁结构应布置一定的抗渗、抗剪、抗拉的防水层,防水涂层与沥青混凝土铺装层之间应具有良好的相融性,二者之间的粘结力不应低于沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板之间的粘结力。另外,在桥面铺装层的顶面,特别是连续梁的负弯矩段,应设置防水层。为避免水分从伸缩缝处渗入梁内,应加强伸缩缝处的排水设计,注意排水管的设计,特别是水管周边的构造细节处。

3.结束语

桥梁结构的安全运行依赖于耐久性设计是否完备,依赖于后期检测和维护是否得当。作为桥梁耐久性保障的第一步,桥梁结构设计必须重视耐久性设计问题,从选材、选型等多个层面全面加强混凝土桥梁结构的耐久性。实践证明,桥梁耐久性问题还没有得到充分重视,规范中关于耐久性设计的规定还不够完善,需要设计人员结合工程经验,发挥主观能动性,将耐久性设计的理念深入到桥梁结构设计的细节之中,切实提供桥梁的耐久性。

参考文献

[1] 桥梁结构损伤识别的应变模态方法研究[D];郑州大学;2002年

[2] 陈艾荣,吴海军.基于耐久性的桥梁设计的几个原则[J].上海公路,2003

[3] 彭栋木,冯建华.桥梁结构耐久性设计[J].深圳土木与建筑,2006(3)

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