桥梁结构设计中的耐久性设计田甜

桥梁结构设计中的耐久性设计田甜

田甜

广州瀚阳工程咨询有限公司510220

摘要：桥梁耐久性差、服务寿命短及全寿命经济性指标差等问题已成为世界性难题。我国正处于桥梁等基础设施建设的高峰时期，大量的待建桥梁面临着如何确保全寿命周期的耐久、安全和经济的严峻问题，关于桥梁耐久性问题的研究有十分紧迫和现实的意义。在国内节段预制拼装桥梁正处于发展时期,这类桥梁有着自身的特殊性,其耐久性方面必须引起足够重视,特别是需要重点处理好节段拼缝和预应力体系的耐久性设计。结合国外有关预制拼装桥梁耐久性设计、施工措施及国内桥梁的设计实践经验,节段预制拼装技术具有施工速度快，工程造价低等特点，并且可以有效的避开大规模支架现浇或者移动模架现浇施工慢等工程困难。结合相关的工程经验探讨预制拼装桥梁节段拼装和预应力体系的耐久性设计。

关键词：节段预制拼装；桥梁耐久性；设计要点

0引言

混凝土桥梁结构耐久性问题是混凝土耐久性研究中的重要组成部分。目前,各种耐久性因素引起的构件劣化和荷载增加导致了桥梁可靠性的降低。引起混凝土桥梁结构耐久性失效的人为原因存在于结构的设计、施工及维护的各个环节。本文从设计者的角度研究在桥梁设计中如何全面考虑混凝土耐久性因素,即基于耐久性的混凝土桥梁结构设计。

1工程概况

节间接缝的耐久性设计应注意合理设置节间缝的道数和位置,做好节间缝剪力键的构造设计,同时充分重视接缝环氧胶的性能指标要求。对于其预应力体系,应按全预应力体系进行设计,结构设计计算及预应力配束应符合节段预制拼装的技术特点,预应力管道灌浆应严格控制质量,有体外索设置时应注意减振和防腐处理。本工程为某一跨江大桥的引桥。在该引桥工程中采用了节段预制拼装箱梁，其总长度达到5.8km。以下将结合该工程的设计经验探讨预制节段拼装桥梁的耐久性设计要点。

2预制节段拼装桥梁的耐久性设计措施

2.1节段间接缝的耐久性设计

节段间接缝耐久性设计是节段预制拼装桥梁设计的关键。这是因为节段间接缝是桥梁的薄弱环节。一般情况下，在预制节段施工中设置的接缝主要包括两种，分别为A类接缝和B类接缝。其中A类接缝包括环氧粘结剂接缝、预制节段间湿接缝以及混凝土接缝;B类接缝主要为节段间干接缝。在本工程的预制拼装施工中，所采用的节段间接接缝采用的是环氧胶接缝以及混凝土湿接缝。

(1)合理设置节间缝的道数和位置。结合尺寸标准化和模数化特点对预制节段采取结构优化。根据相关的工程经验表明，针对32m和40m跨径的箱梁，节段长度适宜选取2.5m～4m;梁节段的最大预制重量适宜选取100t～150t。一般情况下，对于节段预制箱梁的设计，往往需要考虑腹板和底板处的厚度变化。一般将其厚度设计成阶梯状的形式，此时在进行节间缝设置时，需要注意不得将其设置在厚度变化较大的位置处。如果需要在厚度变化较大的位置处设置节间缝，则应在该处沿着较厚的一段稍微移动一定的距离，根据规范要求，该距离应控制在200mm～500mm。

(2)节间缝剪力键的设置。在进行剪力键的布置时，应确保均匀，这样方可有效的传递剪力。本工程所采用的剪力键为密齿剪力键，通过设置这种剪力键可以有效抵抗接缝处的剪力。一般情况下应尽量将剪力键的尺寸和位置模数化。剪力键的设置应以不影响预应力孔道的位置为原则。根据相关规范的规定，在进行监理的布置时，构造尺寸应满足如表1所示。

(3)预制节段间胶拼接缝的设计要求。一般情况下对于节段拼接缝所采用的粘结剂材料为环氧树脂胶。这种材料能够有效的预应力束的防腐功能。

2.2节段预制拼装梁预应力体系的耐久性设计

(1)应按全预应力体系进行设计。在节段预制拼装箱梁中，节间缝是结构的薄弱环节。在节段预制拼装施工过程中，在节段块的匹配面仅设置了粘结剂，其粘结强度并不等同于整体混凝土的抗拉强度。因此如果采用部分预应力，在荷载的作用下，相邻的下翼缘会出现拉应力，这会导致胶接面出现开裂问题，从而使受力钢筋遭受锈蚀。在对本工程各接缝进行设计时，应确保有0.5MPa以上的临时压应力。

(2)结构设计计算应考虑节段预制拼装的技术特点。在对节段预制拼装桥梁进行设计时，所采用的极限强度计算方法与普通的预应力结构不同。在对其进行设计时，需要考虑的因素包括节间缝的结构特点、体外预应力的受力特点以及应力水平的极限值。采用体外预应力的形式会降低极限阶段的极限应力，从而需要配置更多的预应力钢束以确保截面的极限承载力。在设计过程中，还应考虑节间缝的强度折减。根据相关的规范可以知道，节间缝强度折减系数应针对各种接缝类型而相对应选取，节间缝强度折减系数选取如表2。

此外，体外预应力束在大跨径的节段拼装桥梁结构中的设置还应当注意其应力限值。与体内预应力相比，体外预应力束在汽车荷载的作用下所产生的的应力变化值较小，但是考虑到体外预应力体系存在疲劳性能、转向装置受力等很多不确定的因素，因此在设计时，应取偏于安全的应力限值，一般情况下，应力限值可取为0.6倍的fpk。

(3)严格控制预应力管道灌浆料质量。对于体外预应力束而言，影响其耐久性最关键的是预应力管道的灌浆料质量。本工程中采用的技术为塑料波纹管和真空辅助压浆技术。考虑到现场拌制灌浆材料容易出现浆体质量不稳定的问题，因此本工程采用工厂预制灌浆材料的方式。在预应力管道灌浆施工过程中，还应采取相应的措施以严格控制管道压浆的质量，从而确保预应力体系的耐久性。

(4)体外索设计应注意减振和防腐。在体外预应力混凝土结构中，体外索是设置在结构外部，这样可以有效的减小混凝土结构的截面尺寸，并且还可以降低结构一期的恒载。对于跨径较大的节段拼装桥梁而言，其纵向通常是采用体内预应力和体外预应力相结合的方式。由于汽车荷载会引起体外预应力所产生振动的问题，因此需要在预应力索适当的位置处设置减振装置，从而减小有害振动对预应力索的影响。同时，体外预应力索还应采用油脂、PE套进行防腐处理。

3结语

路桥工程是公路交通的重要枢纽,其对公路交通的正常运行具有重要的意义,但是在路桥设计中对安全性和耐久性的重视不足,导致桥梁结构的耐久性能不足、承载能力较低。文章通过结合某一跨江大桥的引桥，对该引桥预制节段的采取混凝土湿接缝和环氧胶接缝等一系列设计措施。从该工程竣工后的实施效果来看，节段块胶接面未发现开裂问题、预应力索和受力钢筋未遭受锈蚀，表明预制节段所采取的耐久性设计措施是可行的，可在同类工程中推广应用。

参考文献

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[2]罗鸣.节段预制拼装桥梁耐久性设计要点研究[J].铁道工程学报，2012，2:82－85.

[3]许佳林.虎门二桥节段拼装桥梁设计与实践[D].华南理工大学硕士学位论文，2015.