基于耐久性的混凝土桥梁结构设计研究

李增江

（潍坊市市政工程设计研究院有限公司，山东潍坊261000）

1 基于耐久性的桥梁混凝土结构设计概述

1.1 混凝土桥梁现状

混凝土桥梁结构耐久性问题在耐久性研究中占据的地位非常重要，目前很多桥梁逐渐进入“老化”阶段，很容易出现安全问题。而影响桥梁结构耐久性的因素有很多，主要包括桥梁结构的总体设计、施工、日常维护和管理等。例如，在我国一些混凝土桥梁施工中，使用的混凝土质量较差，保护层厚度不足等问题会导致钢筋锈蚀，不仅会降低桥梁的使用寿命，而且会降低桥梁结构的耐久性。

1.2 影响桥梁耐久性的因素

1.2.1 桥梁设计的合理性

桥梁结构的耐久性设计是桥梁设计领域亟待解决的重要问题。桥梁工程设计人员在实际设计中，很容易过于注重桥梁结构的强度，通过提高结构的强度使工程的安全性得到满足，忽略了设计过程中的人因失误，如桥梁工程计算标准不明确、设计标准低以及选用的混凝土强度过低等，会对结构的耐久性造成很大的影响。另外，设计者在设计过程中，忽略了结构材料、结构维护、结构耐久性等问题，而这些因素都将对桥梁耐久性造成严重影响。并且随着我国经济建设的快速发展，交通量也逐渐增多，但当前桥梁仍选用之前的建造标准，导致其已经无法满足现阶段的交通需求，加之桥梁自身随时可能出现安全性与耐久性问题，都将使其存在很大安全隐患[1]。

1.2.2 材料因素

混凝土中的高碱溶液可以使钢筋表面形成一层氧化铁膜，以防止钢筋锈蚀。如果这层膜断裂，钢筋很容易生锈，导致钢筋的体积逐渐增加，很容易造成混凝土开裂，降低混凝土的耐久性。

1.2.3 施工工艺的选择

在桥梁施工过程中，施工单位为赶工期，施工时没有严格按照施工标准进行，现场管理不到位，导致桥梁施工技术及施工工艺出现问题。加之混凝土振捣不到位，对后期维修养护不够全面，会造成桥梁混凝土结构产生裂缝，降低桥梁结构的强度及耐久性等性能。

2 基于耐久性的混凝土桥梁结构设计原则

2.1 传力路径设计原则

缩短传力路径：通常情况下，传力路径越复杂，混凝土桥梁结构也会越复杂，进而造成损坏的部位也会增加。因而，不论是对于桥梁跨径结构，还是支撑结构，越简捷的传力路径，桥梁结构的稳定性越高。

应力均匀、流畅：就桥梁结构来说，若其结构受力不连续，或者结构应力不均匀，薄弱部位极易产生损坏，从而影响桥梁结构的耐久性。因此，必须不断优化结构设计，使结构受力科学。

2.2 可修性原则

所谓可修性原则，是对桥梁低于结构使用寿命的部分采用可修的设计原则，例如，在设计过程中，通过预留空间和操作平台的方法降低维修难度，提高混凝土桥梁结构的耐久性。

3 耐久性混凝土桥梁结构设计的对策

3.1 基于耐久性的桥梁设计

对于同一座桥梁，应尽可能地选择相同的结构设计，但对于具有特殊用途的桥梁应进行特殊设计，虽然桥梁的部分结构有所不同，但也需保障桥梁整体结构的合理性，同一截面的桥梁形态与孔洞大小须尽可能统一。当桥梁长度过长，水深较大时，应考虑将桥梁抬高，有助于泄洪。同时，桥梁设计还需对泥石流的影响做好考虑，若该地区常发生泥石流，可以选用单孔或大跨度多孔桥。

3.2 改善混凝土结构材料的设计

混凝土材料的耐久性是影响桥梁耐久性的主要因素，如水泥的种类、数量、水灰比等，这些因素都将对混凝土的pH造成很大的影响。因此，设计桥梁时，应按照经验，对以上因素进行有效设计，以此确保混凝土的耐久性。另外，混凝土中的碱性溶液与活性成分会发生化学反应，生成膨胀物质或吸水膨胀物质而引起混凝土结构裂缝，而这类破坏属于整体性的，并且当前还未有修复方法。因此，进行混凝土配合比设计时，要选用低碱水泥，并控制好水灰比以及用水量，提高混凝土结构的抗渗性。桥梁施工中钢筋的使用较多，而氯离子对钢筋有一定的腐蚀作用，所以，选择混凝土原材料时，不能采用含氯水泥，以避免钢筋被腐蚀[2]。另外，还可以通过在钢筋表面涂抹防腐层防止水分、氧气、腐蚀性介质等渗入结构保护层，同时还应将涂层和钢筋做好黏合，从多个方面确保桥混凝土结构的梁耐久性。

3.3 加大对桥梁工程结构损伤的研究力度

每座桥梁工程都要承受较大的荷载，如车辆荷载、风荷载、动荷载等，且这些荷载会对桥梁结构产生很大的作用力，不但能引发结构震动，还会造成结构的疲劳。由于工程施工材料的缺陷会对桥梁结构的耐久性产生影响，并且当桥梁荷载较大时，材料缺陷会越来越严重，从而导致桥梁损坏，严重时还将扩展为宏观裂缝。如果不能及时控制这些裂缝，很容易使结构出现断裂问题，从而引起桥梁工程结构的疲劳，若不及时发现或解决，很容易造成严重后果。因此，桥梁结构的疲劳损伤是设计者亟须解决的问题。在现实生活中，因结构疲劳引起的钢材开裂或桥梁断裂非常普遍。大量研究表明，疲劳损伤的研究工作严重影响着混凝土结构，所以，有必要加强疲劳性能研究，以降低桥梁局部结构的疲劳性，杜绝发生桥梁结构的倒塌。

3.4 学习先进的防腐技术，提高结构耐久性

由于钢筋混凝土材料的质量问题，我国许多桥梁都出现了裂缝，尤其在多雨季节，裂缝问题会导致桥面积水渗入桥梁结构内部，从而腐蚀桥梁结构中的钢筋。因此，钢材腐蚀是一个亟待解决的问题。这就要求相关管理部门必须积极引入并学习国外先进的钢筋防腐技术，大力生产环氧树脂钢筋，以期提高桥梁结构的耐久性。

4 结语

总而言之，桥梁耐久性及安全性是整个桥梁施工中一项最为关键性工作，因此，相关单位有必要在实际工作中不断总结和借鉴经验，提高桥梁混凝土结构设计与施工质量，更好地确保桥梁的耐久性。