基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究

周 嵬

（中国华西工程设计建设有限公司，重庆 400000）

在桥梁结构设计过程，混凝土结构本身因其强度高、耐久性强等特点，备受设计人员的青睐。但是很多设计人员都忽略了混凝土结构耐久性的科学设计，导致在施工过程中，混凝土结构的耐久性大打折扣，给整个桥梁工程造成了不利的影响。因此，研究分析基于耐久性混凝土桥梁结构设计要点具有重要的现实意义。

1 基于耐久性混凝土桥梁结构设计概述

1.1 混凝土桥梁现状

在桥梁结构设计过程中，需要对其混凝土结构采取有效的耐久性设计，包括材料的使用、结构的设计、施工工艺的选择以及后期的维护保养措施等，在保障桥梁结构本身结构稳定性的同时，延长桥梁的使用寿命。但是我国很多混凝土桥梁在进行结构设计过程中，都忽略了混凝土的耐久性设计，再加上桥梁日常的检修和保养不当，导致很多桥梁工程在正常运行期间出现各种病害，使用寿命大幅度降低，甚至很多桥梁工程都面临着拆除重建的问题。

对于混凝土桥梁而言，混凝土的耐久性设计主要包括2个方面：一方面是科学合理地选择混凝土的材料；另外一方面是采取有效的技术措施，优化结构，降低混凝土裂缝的宽度。前者需要结合工程所在区域的自然环境以及施工要求，选择合适的材料。而后者则是需要对结构采取有效的设计、施工和保养技术，以提高桥梁本身结构的稳定性，延长桥梁的使用寿命。

1.2 影响桥梁耐久性的因素

（1） 结构设计本身的缺陷：当前，在桥梁工程的混凝土结构设计阶段，很多设计人员都将主要精力集中在提高结构本身的强度，以满足桥梁工程安全性的要求，忽视了混凝土结构本身的耐久性设计，导致存在一些设计错误。此外，不同的施工环境和施工条件，对混凝土结构的要求也不尽相同，很多设计人员都没有结合实际情况，对混凝土桥梁进行优化设计，导致桥梁混凝土的耐久性较差，进而影响整个桥梁结构的稳定性。

（2） 材料因素：对于桥梁工程而言，材料是保障整个工程施工质量的基础。而合理地选择混凝土的混合料，可以在保障其强度的同时，提高混凝土的使用寿命。例如，合理地选择混凝土的高碱溶液，可以确保混凝土内部的钢筋结构表面，形成一层氧化铁保护膜，避免钢筋出现腐蚀问题，进而降低混凝土的开裂现象，确保混凝土的强度。

（3） 施工工艺的选择：很多桥梁施工过程中，施工企业为了赶进度，在施工过程中很难完全按照标准的施工流程进行施工，再加上现场管理不严格，势必导致桥梁工程的施工工艺存在诸多问题，例如，混凝土的振捣不到位、后期保养不全面等，都可能导致桥梁混凝土出现裂缝、强度下降等问题，严重影响混凝土结构本身的耐久性。

2 基于耐久性混凝土桥梁结构设计原则

2.1 传力路径设计原则

（1） 缩短传力路径：传力路径越复杂，混凝土桥梁的结构也越复杂，可能出现损坏的部位也就越多。因此，无论是对桥跨结构还是支撑结构而言，传力路径越简捷，结构的稳定性越高。

（2） 应力均匀流畅：对于桥梁结构而言，如果结构力学不连续或者应力不均匀，那么对于一些结构较薄弱部位，将很容易产生各种病害， 影响混凝土桥梁本身的耐久性。 因此，应当采取有效的结构设计，确保力的传递路线简洁、平滑以及均匀。

2.2 整体性原则

在混凝土桥梁结构设计过程中，保持结构的整体性和连续性，不仅提高了结构本身的承载能力和刚度，而且也是桥梁美观的要求。由于桥梁工程长时间暴露在大自然环境当中，所面对的环境较为恶劣，导致桥梁结构中的伸缩缝经常出现病害，影响桥梁结构稳定性的同时，也给车辆的安全通行带来不利的影响。近年来，无伸缩缝桥梁结构设计逐渐成为桥梁结构设计的首选，在提高桥梁本身整体性和连续性的同时，提高了桥梁结构本身的耐久性。

2.3 可修性原则

所谓可修性原则，就是对桥梁部分低于结构使用寿命的部件，采取可维修、可更换等设计原则，通过对这些构件 （例如橡胶支座、钢拉索等） 的定期检修和更换，以提高整个桥梁的使用寿命。因此，在设计过程中，可以通过预留设计提升空间、操作平台等方式，降低桥梁后期的维护保养难度，提高混凝土桥梁结构的耐久性。

3 实例分析混凝土桥梁的耐久性结构设计要点

某钢筋混凝土简支梁桥梁工程项目，桥梁宽度约为8.82 m，跨径约为25 m。桥梁施工所在地区的年相对湿度约为70%，平均温度约为20 ℃。本桥梁的目标使用寿命为50年。主要结构示意图如图1所示。

图1 某钢筋混凝土简支梁桥横断面示意图/mm

3.1 混凝土结构保护层厚度的设计

通过参考桥梁的耐久性指标，对本桥梁的耐久性进行计算发现，当混凝土结构的保护层厚度增加时，本桥梁的主梁耐久性和整桥的耐久性都存在一定幅度的上涨，反之，本桥梁的主梁耐久性和整桥的耐久性都存在一定幅度的下降 （如图2所示）。而从投资角度来看，混凝土保护层的厚度增大，投入的资金也较高。而为了满足最低50年的耐久性要求，本工程主梁的保护层厚度不应低于35 mm。而每增加15 mm，投资预算将增加1.9万元。因此，综合考虑本工程结构的耐久性要求和经济型，本工程最终确定的主梁混凝土保护层厚度约为45 mm。

图2 调整主梁钢筋保护层厚对桥梁耐久性影响

3.2 混凝土材料的选择

经过大量的试验分析可得知，本工程主梁的耐久性和主梁钢筋直径呈反比关系，与混凝土强度等级呈正比关系。因此，合理地降低钢筋直径或者增大混凝土的强度等级，有助延长本工程桥梁的整体耐久性。因此，最终确定的钢筋直径选用为30 mm，混凝土强度等级为C30。

3.3 桥梁防排水构造的设计

（1） 为了减少桥梁表面的积水，本桥梁水平放置的桥梁构件上没有设置排水系统出口，减少了由于漏水所导致的积水问题。

（2） 在进行桥面泄水管设置时，使得水直接排到桥下，并采取了有效的密封性措施，确保泄水管与混凝土之间保持隔离。

（3） 采用垂裙式墙式护栏防水结构设计边梁外侧的翼板，以避免水流顺着翼板底部流下。

（4） 本桥梁所有的排水设施在设计时，均采用可更换性设计，简化了后期的维修和更换流程。

3.4 桥梁伸缩缝的构造设计

（1） 为了确保伸缩缝整体结构的稳定性， 在设计过程中，伸缩缝的两侧与主梁之间的钢筋采用预埋设计。

（2） 为了避免伸缩缝内落入杂物，减少伸缩缝的变形问题，采用了优质的橡胶材料对其进行填嵌，同时也提高了伸缩缝本身的防水性能。

（3） 在整个桥梁设计过程中，尽可能地采用铰接的方式替代伸缩缝，降低伸缩缝设置的数量。

3.5 桥梁支座的设计

（1） 由于支座本身的使用寿命相对较短，因此，本工程在设计过程中，在制作周围的墩顶上预留了一定设备空间，便于支座的更换和维修处理。

（2） 为了减少支座周围尘土和积水产生，采取了有效的防排水措施，优化支座周围的细部结构设计。

4 结语

综上所述，在桥梁建设过程中，除了确保桥梁本身的建设质量和安全性之外，还应当采取必要的技术措施，优化桥梁结构，延长桥梁的使用寿命，降低后期的检修维护费用支出。因此，相关工作者应当重视桥梁混凝土结构的耐久性研究，积极探索，不断创新，优化桥梁结构设计方案，推动桥梁工程的可持续发展。