桥梁设计工程中耐久性的探讨

摘要：社会经济的飞快发展，给交通运输带来了很大的运输负荷，而桥梁工程是交通运输的命脉，随着运输工具的载重不断加大，我国桥梁耐久性不足的问题也逐渐突显。我们应该从桥梁的设计、施工等阶段提高认识，加强对耐久性问题的重视工作，建立完善、有效的防范措施，延长桥梁结构的使用寿命

关键词：桥梁结构；耐久性；设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引言

随着我国国民经济的发展和社会的进步，我国的公路交通事业也得到了快速的发展，城市桥梁和公路桥梁的负荷越来越重，造成混凝土结构桥梁的不同程度的损坏；在设计和施工过程中不注重细部结构的设计也是造成桥梁耐久性的一个很重要的因素，公路桥梁作为交通运输的咽喉，其健康的运营状态意义非常重大，这些问题的存在严重影响了桥梁的使用寿命，因而从多方面对混凝土结构的耐久性设计的分析和研究是非常必要的。

1 桥梁结构耐久性不足的成因

1.1 环境因素的影响桥梁结构产生耐久性失效主要受以下几个方面的环境因素影响：①混凝土碳化。由于混凝土碳化导致混凝土的pH 值降低，使得混凝土中的钢筋脱钝，进而造成钢筋锈蚀。②钢筋锈蚀。混凝土中钢筋锈蚀会产生钢筋锈胀力。锈胀力会使钢筋与混凝上接触面处出现内部径向裂缝。随着钢筋锈蚀的进一步加剧，锈胀力将会导致混凝上保护层受拉而开裂。③冻融破坏。混凝土受冻破坏主要是混凝土中可冻水在结冰时体积膨胀而产生了静水压、渗透压、水分迁移，促使结构破坏，是水的运动对混凝土结构影响造成的破坏。④混凝土碱骨料反应。混凝土孔溶液中由水泥或含碱外加剂、矿物掺合料以及环境等释放出来的Na+、K+、OH-与骨料中的有害活性矿物发生膨胀性反应，导致混凝土膨胀并开裂。

1.2 耐久性设计规范有待完善

1.2.1 我国现行规范存在不足现行混凝土结构设计与施工规范主要考虑的是荷载作用下结构安全性与适用性的需要，然而，结构长期使用过程中由于环境作用所引起的材料性能劣化的影响，则没有被重视起来进行量化的规范要求。对于大气环境作用以及土体、水体环境中氯盐、硫酸盐、碳酸盐等化学物质侵蚀对结构的影响，规范也仅仅采取了宏观控制结构的材料组成以及一些结构构造措施。这种传统的耐久性设计方法，通常是针对不同的环境作用，提出混凝土应采用的原材料，混凝土的最低强度等级、最小水泥用量和最高水灰比，以及钢筋的混凝土保护层最小厚度，表面裂缝的最大宽度等。由于环境作用和混凝土耐久性的复杂性，这种方法从一开始就低估了冻融、干湿交替和盐类环境对钢筋与混凝土的腐蚀作用，环境因素耦合作用在桥梁结构上造成的破坏影响并没有被人们所量化认识，由此产生的大量的桥梁结构在不到设计使用年限的时候就已经破坏，不能正常使用。另一方面，在现行规范中，对于影响混凝土耐久性的其他问题（构造钢筋设置、防水设计等），没有作为耐久性设计的专门条款独立成章节列出。这样很难让设计人员深刻认识耐久性问题的严重性、紧迫性。

1.2.2 我国现行规范与国外规范的差距由于耐久性问题，某些混凝土结构设计规范在国际上都在日趋地修改约混凝土的最小保护层厚度以及最低强度等级等，同时增加了很多新规范。在1960 年左右，各国规范中就广泛地规定混凝土在冻融条件下需要引气。持续地提高了混凝土的最低强度等级，即使在通常条件下，英国规范要求混凝土的最低强度等级是C30。在想到强度验收条件之后，美国ACI 规范要求的混凝土的最低强度等级同我国混凝土的最低强度等级（C25）也相近。然而，在1950 年初期，混凝土强度等级在国际上大多都是C15 至C20 的范围之内。对于除冰盐的使用，混凝土水胶比要低于0.45，这是美国AASHTO 公路桥梁设计规范所要求的，北欧却要求其低于0.4，同时强制规定掺加硅灰掺和料或者粉煤灰。

1.3 施工质量不能保证国内外若干座桥梁突然破坏或倒塌的事故让我们对桥梁工程的施工水平担忧。由于对结构的耐久性问题认识不充分，施工中往往为了缩短施工周期、加快施工进度，在混凝土中施加了大量的氯盐早强剂，结果导致严重的钢筋锈蚀。施工中，还会出现混凝土保护层厚度控制不严格；钢筋不作防锈处理；偷工减料，以次充好；拆模时间过早等问题。

2 提高桥梁耐久性的措施

2.1 通过加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝产生防止和控制混凝土的裂缝的产生，对提高混凝土结构的耐久性，延长桥梁使用寿命是十分重要的。控制桥梁结构上的裂缝，除了按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更要加强构造措施，控制桥梁施工及使用过程大量出现的非工作裂缝，缩减桥梁使用寿命。

2.2 提高混凝土性能，防止钢筋锈蚀设计时，尽量采用高性能混凝土或者根据条件向混凝土中填加硅灰等抗腐蚀剂。高性能混凝土具有高尺寸稳定性、高强度、高耐久性等特点，可以有效地延长桥梁结构的使用寿命。另一方面，提高钢筋的抗腐蚀能力。主要是控制混凝土中氯离子的含量。混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大，一般情况下，氯盐掺量应少于水泥重量的1%。掺氯盐的混凝土必须振捣，且不宜采用蒸汽养护。

2.3 设计人员应提高对耐久性的认识桥梁工程在当代交通运输中的作用是有目共睹的，桥梁结构的安全性有着举足轻重的作用。作为设计人员，不仅要保证桥梁结构承载能力、截面应力、裂缝宽度等满足规范要求，而且要从耐久性的角度保证桥梁结构在使用期内能够安全有效的发挥作用，并且考虑如何延长桥梁结构的使用寿命。

2.4 定量地规范桥梁结构耐久性的构造要求现行规范中有关钢筋混凝土耐久性的要求，仍以考虑荷载作用下的结构安全性为主，而对混凝土结构在长期使用过程中由于环境因素所引起的材料性能劣化的影响考虑很少。因此希望在以后规范修订时，能将近几年对于此方面的研究成果考虑到规范当中。

3 结语

通过前面各部分的介绍，我们对于常规设计中一些容易被忽视而又影响结构安全的细部设计有了一定的认识。目前，我国正处在大规模建设桥梁之际，桥梁结构耐久性不足的后果是非常严重的，不容忽视的。我们要充分认识到混凝土结构耐久性对实施可持续发展战略、节约能源、资源和保护环境所带来的积极和负面影响，深刻领会加强混凝土结构耐久性的重要意义，将我们的桥梁工程建设成为百年工程。

参考文献：

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[2]李青云.桥梁设计中耐久性的几点思考[J].中国新技术新产品，2010,(18)：131.

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