混凝土桥梁耐久性设计研究

阿布来提·卡德尔 吾买尔江·阿不都热西提

摘 要 本文从桥梁结构耐久性的退化机理出发，基于现有桥梁耐久性设计时存在的问题，提出了提高桥梁耐久性设计的措施。

关键词 耐久性设计;混凝土桥梁;提高措施

引言

随着我国经济的不断发展，桥梁设计已达到世界领先水平。遵循桥梁可持续的设计理念，在桥梁的安全性，适用性以及耐久性等方面均取得重大的突破，所形成的设计规范合理可靠。但实际中，由于不断增加的承载周期，使得桥梁结构出现了或多或少的老化，局部损伤等等，导致其安全性以及耐久性降低。该种情况主要与两方面有关，一方面是施工质量以及后期养护，另一方面则是与设计有关。本文主要从设计角度对混凝土桥梁的耐久性进行研究，以探讨提升混凝土桥梁的耐久性措施。

1 混凝土桥梁耐久性退化机理分析

混凝土桥梁结构在使用时，抵抗外界环境以及荷载的作用，并且保证在一定时间内其安全性以及耐久性的能力即耐久性。桥梁在运营期间常反复遭受环境以及荷载的作用，导致桥梁结构的材料性能以及强度有所下降，使桥梁的安全性受到影响。在桥梁实际运营中探索影响其耐久性的因素，并努力找寻解决该问题的措施，并在设计时运用以使桥梁耐久性有所提升，可使得桥梁的使用年限有所提高，进一步保证其安全性，提高其经济性以及设计水平。

桥梁的耐久性主要包括两方面的内容，一方面是材料和结构耐久性的退化，一方面是结构耐久性的设计方法。在环境因素的影响下，引起的混凝土结构的物理变化，如表层出现破损以及冻融的破坏等，以及混凝土结构的化学变化，如溶解或溶出类型的侵蚀等等，导致混凝土材料的耐久性不断降低。结构耐久性的退化主要是因为构件间不断降低的联结强度，以及因锈蚀等因素导致裂缝宽度不断增加。此外，若在评估桥梁的耐久性时选取了较少的环境因素，或是选取了不恰当的环境参数，也是使得桥梁的耐久性有所不足，使其破损提前出现的原因之一。

2 耐久性设计存在的问题

影响桥梁耐久性的因素较为广泛，涉及到了设计，施工以及养护等各个部分，一般表现为桥梁混凝土有裂缝以及破碎的现象，并且钢筋与混凝土的连接作用降低，如下图1所示，桥梁耐久性不仅对其正常使用有所影响，更加导致了工程上资金的浪费。针对混凝土桥梁耐久性的设计，目前主要存在如下所述的几方面内容：

（1）混凝土桥梁在设计时，鉴于结构受力以及经济预算等方面的内容所需考虑因素较多，而较少考虑结构在耐久性方面的问题。因此就容易导致所设计桥梁缺乏整体性，具有有不均匀的受力以及构件的截面尺寸不符合规范等情况，使得混凝土桥梁的耐久性有所降低。

（2）目前在设计时，关于桥梁的耐久性理论还需完善，大多数桥梁在到达其设计使用年限之前就以及进行更换。而设计人员对于桥梁的耐久性缺乏一定的认知，只看重桥梁的强度极限状态进行考虑，而并不重视桥梁的使用极限状态。在设计时仅以概念形式去运用耐久性设计，即仅按规范套用耐久性设计而没有根据实际情况去挖掘现场可能导致耐久性降低的因素以及解决方法，如针对沿海地区而言，鉴于其较高的氯离子含量，对于钢筋的保护环境应采取更高的设计条件，而不能仅简单的套用规范要求。

（3）设计人员素质还需提升，目前设计院里的设计人员具有较好的学历，但大多均为应届毕业生，从而出现了部分设计人员缺乏现场经验的现象，对于耐久性设计缺乏细节上的处理。尽管对于耐久性有较多的研究，但这些成果尚且未能转化，与实际有脱节，在应用时有较大困难。

3 提高混凝土桥梁耐久性设计的措施

3.1 规范耐久性设计的过程

混凝土桥梁耐久性设计与承载能力设计的差别有：对于桥梁的耐久性设计主要考虑：环境作用下，耐久性极限状态时桥梁结构的寿命等级，并且不得低于设计使用寿命概率;对于桥梁的承载能力设计主要考虑：荷载效应作用下，承载能力极限状态下桥梁结构的技术等级，并且不得低于可靠度指标。基于桥梁耐久性设计和承载能力设计的区别，确定桥梁耐久性设计的过程为：

（1）确定桥梁使用寿命。桥梁的使用寿命需结合建设水平，运营状态以及经济性等因数进行考虑。桥梁使用寿命的确定较为复杂，并且构件所处环境不同也会导致其使用寿命的不同，如沿海地区具有更加突出的耐久性问题，因而其耐久性要求较高;大型桥梁工程由于具有较高的重要性等级，因而也是具有较高的使用寿命要求。一般情况下桥梁构件的使用寿命建议值如下表1所示。

（2）明确桥梁耐久性极限状态。基于桥梁承载能力极限状态，对于耐久性极限状态也应从安全性，使用性以及经济性三方面出发。如在考虑耐久性极限状态下的适用性时，可从钢筋腐蚀程度以及混凝土保护层的损坏程度出发进行确定。

（3）计算环境效应。环境作用是影响桥梁耐久性的重要因素，环境因素包括有温湿度以及冰冻等，此外还需综合考虑人为因素的影响等，这些因素均是影响桥梁耐久性设计的关键。

（4）计算桥梁的耐久性以及确定耐久性参数。桥梁耐久性的计算可以通过宏观模型进行，如氯离子侵蚀等。根据宏观模型对影响桥梁耐久性的物理参数的变化过程进行计算，以对寿命期桥梁结构各种参数的退化情况。

（5）修正常规力学计算的结果。根据桥梁耐久性的计算参数，对常规力学的计算可靠度以及安全性指标进行反馈，结合计算结果对桥梁的耐久性参数进行修正，以保证桥梁结构的可靠性，进一步提高桥梁的安全性。

3.2 完善桥梁耐久性设计参数

桥梁设计中有鉴于环境类别以及混凝土强度等级所设计的最小混凝土保护层厚度，但在设计时设计人员往往根据习惯而在选取设计采用值时均采用最小值。据相关研究有，空气湿度是影响混凝土桥梁性能的主要因素，根据国内城市的温湿度调查中，即使是年平均温湿度相近的城市，仍然具有差距较大的环境类别划分，因而在进行混凝土桥梁的耐久性设计时需进行参数的完善设计，除了需要对现有阶段的环境因素进行考虑之外，还需增加某些考量因素，以确保在设计时尽可能的对真实环境进行模拟。

3.3 加强桥梁的防水设计

确保桥梁构造以及防止桥梁被腐蚀的第一道屏障是桥梁的防水工程。在进行桥梁的耐久性设计时应首先加强其防排水的设计。桥梁的防排水设计需保證整体性原则，所建立的防水体系应确保具有可检，可修，可换的性能，主梁内的通风以及排水系统应较为良好，以保证主梁所处环境的干燥性，桥台以及背墙应满足快速排水要求，设置防水措施于桥面板以及边梁，采取可更换的构件或者涂层确保钢筋不被腐蚀。更加需要看重桥梁细节的设计，确保构件的可靠性。

4 结语

设计的合理性，施工控制质量的良好等均是保证混凝土桥梁耐久性的重要因素。桥梁的耐久性设计有助于桥梁服务年限的提升以及全寿命周期成本的降低，因此桥梁耐久性设计的水平以及理念方法等的提高是非常有必要的。文中所涉及的耐久性设计以及参数完善方法等均可运用于现有桥梁耐久性的设计过程，以使其得到改善。桥梁耐久性的设计属于系统工程，其设计方法仍需在今后的研究中不断完善。

参考文献

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