桥梁工程设计中的耐久性探析

摘要：桥梁是现代交通建设必不可少的一个环节，从当前桥梁运营的现状来看，我国先期设计的很多桥梁存在缺陷，更有一些桥梁在远没有达到设计预期寿命时出现耐久性能严重退化的现象，甚至出现倒塌等毁灭性事故，造成非常严重的经济损失。桥梁的耐久性能不足，已引起社会各界的高度关注。本文分析了桥梁工程耐久性设计问题，并探讨了桥梁工程耐久性设计策略。

关键词：桥梁设计；耐久性；问题；策略

中图分类号：TU2文献标识码：A

一、桥梁工程耐久性设计问题

近年来，由于出现了大量的在役桥梁使用性能急速降低甚至损坏，桥梁结构耐久性问题重新被认识和重视，但总体来讲，我国在保证结构耐久性方面的实际行动仍然是非常缓慢，以往的桥梁设计中，相当一部分根本未考虑结构耐久性方面的设计。设计人员在总体上缺乏“耐久性概念设计”的思想，没有从全寿命周期角度去考虑桥梁的耐久性，在具体实施中也没有执行耐久性设计理念。结构耐久性考虑不足在一定程度上导致了桥梁在施工过程中发生事故、使用过程中性能差、寿命短的不良后果。

具体在设计中，设计人员目前大多是按规范要求进行结构计算和构造设计，只控制了抗力指标、变形指标，但对于影响耐久性的问题，却没有关注。在结构选型方面考虑不足，有的桥梁结构整体性欠缺，受力复杂，施工时易产生硬伤，运营阶段易疲劳，导致结构老化不耐久。在材料选用方面，没有重视混凝土的耐久性，遇到恶劣环境作用时，混凝土易腐蚀，导致结构承载能力降低而不耐久。在构造细节方面考虑不足或未考虑，比如构件截面尺寸过薄、分布钢筋太疏、混凝土保护层太小、防水设计不当、遗漏排水设计等，导致耐久性先天不足。

二、桥梁工程耐久性设计策略

（一）建立桥梁工程“耐久性概念设计”的思想

桥梁工程“耐久性概念设计”是从概念上特别是总体上考虑桥梁的耐久性问题，建立起桥梁工程设计“耐久性”的设计理念，正确地处理好桥梁的总体方案、材料使用、构造细节等问题，并在具体设计中贯彻执行。首先，需要认识到桥梁经过设计、建造并进入使用的过程中，会受到周围环境的影响（包括车辆负载、自然灾害以及人为因素等），而且桥梁建设中所采用的材料性能也会不断地退化，最终桥梁各部分结构将会造成不同程度的损毁。只有对桥梁耐久性问题有了正确的认识，才能在设计时融入耐久性意识。其次从桥梁结构规划、设计、建设、运营、管理和养护各个环节来寻求恰当的方法和措施来满足桥梁结构全生命周期内的总体性能最优。最后在实际设计过程中坚持和始终贯彻耐久性和全生命周期设计理念。

（二）在结构选型方面重视耐久性

从桥梁结构选型上来讲，应该选择结构整体性好，受力明确、施工工艺成熟、易于养护的桥型结构，避免选择太过复杂的结构型式。例如连续梁桥、连续刚构桥及连续刚构组合体系桥等都是理想的结构型式。从结构构件尺寸来讲，在进行结构设计时，一些设计人员为了减轻结构自重，降低工程造价，往往采用较小的截面尺寸，在相同荷载作用下，截面配筋比较密，给混凝土的浇筑造成困难，使骨料分布不均匀，密实度下降，进而影响混凝土结构的耐久性。所以进行结构设计时，结构构件不宜过于纤细。

（三）在混凝土材料方面重视耐久性

1、混凝土的耐久性设计

桥梁工程应根据桥梁所处环境条件进行合理的混凝土耐久性设计，淡水环境和海水环境下的混凝土耐久性设计就相差很大。设计人员应根据不同环境作用，对混凝土的材料组成和技术性能提出具体的要求，例如，对构成混凝土的水泥组分、骨料、水灰比以及水泥用量、氯离子含量等作出明确的说明。

2、针对混凝土结构裂缝防治的设计

通常情况下，除了强烈的自然灾害因素外，很多地区混凝土结构的损坏，都是由混凝土出现裂缝而造成的。特别是在自然灾害频发地区，裂缝的出现使得侵蚀的速度大大加快，为混凝土结构的耐久性的不断退化提供了恶性循环的条件。再加上环境因素的侵蚀作用，会使混凝土的渗透性大大增加，混凝土的耐久性很快下降等，严重影响了桥梁混凝土的结构和质量，给桥梁安全带来了较大的威胁。因此，如何防止或有效控制混凝土裂缝的出现，对于提高混凝土结构的耐久性十分关键，这也是开展桥梁结构安全性设计的一个重要内容。此外，对于混凝土裂缝的有效控制，除了要严格按照设计要求与规范对工作裂缝进行控制外，还要采取一定的构造措施，对施工或使用过程中出现的非工作裂缝进行合理控制。在《桥规》（JTG D62-2004）中，对于箍筋和水平防裂钢筋在控制裂缝中的作用有所加强和突出，对于箍筋间距的规定与水平防裂钢筋的配筋率有了一定的提高，这强调和突出了构造措施对于防止或控制裂缝的重要作用和地位。

3、针对钢筋防腐在桥梁结构中的设计

当前很多桥梁为现浇普通钢筋混凝土结构，这种桥梁负弯矩区钢筋的锈蚀问题十分常见。因为，通常使用的普通的混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构，这在负弯矩区就很容易出现负弯矩裂缝，这种裂缝是一种开口向上的“ V ”形裂缝，桥面上的积水很容易渗入裂缝。因此，遭受了长期的侵蚀后，负弯矩钢筋的锈蚀问题就十分严重了。鉴于此，要考虑采用环氧树脂涂层钢筋，这是一种由国外引进的较先进的钢筋结构。为了很好地保证混凝土结构的防锈蚀性和耐久性，可以将这种环氧树脂涂层钢筋适量地应用在一般的钢筋混凝土负弯矩区钢筋中。

（四）细部结构设计

1、防水层设计

桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。目前不少设计人员对桥梁防水设计重视不够，对防水材料，特别是对一些新型防水材料缺乏系统的了解，因而在设计图纸上无细化的防水设计、无选材说明，往往造成施工单位选材不当，降低了设计标准，影响桥梁使用寿命和耐久性。

（1）桥面防水层

对于桥面防水层，不能像以往一样简单地在设计图上表示出设置防水层即可，也不是由施工人员或业主方就能够确定这些需要计算的参数，而是必须要有设计人员进行仔细计算，在充分了解防水材料性能的基础上，根据结构受力特性和桥面铺装材料性能及施工特点来确定防水设置方案。桥梁为承受振动荷载的结构，桥面防水层宜采用柔性的涂料与卷材防水材料，防水涂料与防水卷材，应根据结构形式、施工环境等综合因素来考虑。

（2）桥梁防水的细部设计

设计单位应将防水层的设计在全桥范围内进行整体考虑．特别是在伸缩缝处、泄水管处、防撞墙与分隔带边缘，等特殊部位做到防水层的连续性，使其防水层的设置更趋于合理。同时与结构设计统筹考虑，如：预制的钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥的横向铰缝处，应保证其在运营过程中有足够的刚度，减小其变形、使铺装层的受力与主梁的受力相协调、保证防水层正常工作。

（3）桥梁结构整体防水设计

桥面设计良好畅通的排水系统，是保持桥梁结构不受或较少受水蚀的条件，但考虑水侵蚀的影响，除主梁外还会涉及盖梁、墩柱、桥台等，这些部位的防水设计也十分重要。比如盖梁顶的排水坡、水中桥墩（特别水位变动区）等特殊部位。桥梁的防撞系统，是冬季除冰盐水最易危害的部位，对这部分结构的细致的耐久性设计是十分必要的，这不仅涉及防撞系统自身的耐久性，如前面提到的，它还涉及到与其相连接的主体结构的耐久性。防撞护栏与主体结构的连接应采用整体现浇，避免采用预制安装的形式，防止安装过程对桥面防水层的破坏以及预制块导致的桥面至主体混凝土结构的水通道。防撞护栏的自身抵抗氮离子侵蚀的考虑也是非常必要的。

2、主梁的排水设计

主梁是全桥的主要承力构件,一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析,重视程度很高,从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中,主梁（主要是箱梁）箱体内长期大量积水的现象时有发生,甚至积水灌满箱体的情况也有发生,极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋,使得主梁安全性大大下降。究其原因,很大程度上是对于主梁细节设计的不到位,主梁排水构造设置不够完善,桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体,进而在箱体内不断积累,最终形成箱体内积水。

3、伸缩缝

伸缩缝是桥面的重要组成部分,直接影响着桥梁的伸缩性、舒适性。由于对主梁收缩徐变考虑不足,经常出现的问题是型号选择不当,导致梁端或在最高温度时挤压损坏,或在最低温度时拉坏梁体。伸缩缝在保证梁体纵向伸缩的同时,也应重视防水设计。在很多设计中,采用直线式伸缩缝,这样做固然设计比较方便,但在桥梁两端的护栏处成为主要的漏水区域。因此,建议选用横向两端有翘头的伸缩缝,使得整个伸缩缝形成一个闭合良好的u型槽,可以有效避免桥面积水沿伸缩缝这个排水薄弱环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上。

结束语：

桥梁工程设计基准期长，其寿命周期与耐久性密切相关。在桥梁工程的整个设计阶段，“耐久性设计”应作为头等大事来抓，首先应从总体思路上把握好“耐久性概念设计”，然后从桥梁结构选型、材料选用、构造细节等多诸方面展开设计，并结合桥梁施工及后期养护来优化设计，以期确保桥梁达到预期的使用寿命。

参考文献

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