混凝土结构桥梁耐久性设计探讨

混凝土结构桥梁耐久性设计探讨

薛红蔺亚汝

聊城市华鑫公路勘察设计有限责任公司山东聊城252000

摘要：当今桥梁结构设计日趋成熟，体现在更多的桥梁安全通行，促进了各地的交流。但是依然存在着一些问题，过于追求美观，而忽视了桥梁的整体实用性。当今桥梁设计成为建筑界的一个难题，也是一个重要的课题。本文将对桥梁结构耐久性设计进行简要分析。

关键词：桥梁结构；耐久性；设计研究v

1.影响桥梁结构耐久性的因素分析

1.1混凝土的碳化

混凝土碳化是指环境中的CO2与混凝土表面接触并且通过混凝土孔隙不断向混凝土内部扩散，与混凝土中碱性水化物发生很复杂的多相物理化学反应的过程。混凝土碳化会使混凝土的收缩加剧，混凝土表面因为收缩产生拉力出现微裂纹，降低了混凝土强度以及抗渗能力；同时，混凝土碳化会降低混凝土的PH值，当混凝土中PH值降低到一定数值时，混凝土中的钢筋钝化膜就会被破坏，造成钢筋锈蚀。

1.2混凝土中钢筋的锈蚀

混凝土中的钢筋表面有一层致密的钝化膜，在正常情况下钢筋不会发生锈蚀，但是钝化膜破坏以后，在有足够的水和氧化剂的条件下钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀后导致混凝土结构破坏主要表现在三方面：（1）钢筋锈蚀导致钢筋截面积减少；（2）钢筋锈蚀导致钢筋不能把所受的力有效传递给混凝土；（3）钢筋锈蚀产物体积增大，对混凝土的压力增大导致混凝土保护层开裂。

2.结构设计对桥梁耐久性的影响分析

2.1设计标准低

比如我国公路桥梁荷载标准是经过多次修改逐步提高的，随着交通事业发展，既有桥梁的荷载标准不能满足当前汽车荷载标准的要求，由此可能导致桥梁耐久性加速劣化，这种情况在世界各国都普遍存在。此外，长期以来，由于经济及社会条件的限制，我国规范在桥梁性能及构造细节设计方面的要求一直较低，也在客观上影响了桥梁的耐久性。

2.2结构与构造细节不合理

在国内桥梁总体设计方案的比选过程中，一般由地质条件、施工方法、经济指标等因素来决定方案的取舍，而很少从耐久性的角度来进行分析和评价。例如采用预应力结构或钢筋混凝土结构，简支或连续，型梁或箱梁以及跨径比例、断面尺寸的拟定等众多结构与构造问题，不但影响经济性，对桥梁的耐久性能也有很大影响评价指标的缺失，可能导致中选方案的结构耐久性能不足，为运营后桥梁出现病害埋下了病根。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路径不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄这些都会削弱结构耐久性，增加桥梁的病害。

3.混凝土结构耐久性设计的主要内容

3.1混凝土材料的选择

混凝土应选用低水化热、低C3A含量、偏低含碱量的水泥。混凝土的骨料宜选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及粒形，可以将适量引起作为常规手段，宜采用偏低的用水量并限制单方混凝土中水泥材料最低和最高用量，尽可能降低水泥材料中的硅酸盐水泥用量。

3.2上部结构细部设计

①桥面铺装。桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期损坏，进而破坏桥面防水系统，最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。②桥面防水层。桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用防水混凝土进行防水。由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂后防水性能便大为下降。③主梁。主梁是全桥的主要承力构件，一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析，重视程度很高，从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中，主梁（主要是箱梁）箱体内长期大量积水的现象时有发生，甚至积水灌满箱体的情况也有发生，极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是对于主梁细节设计的不到位，主梁排水构造设置不够完善，桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体，进而在箱体内不断积累，最终形成箱体内积水。④伸缩缝。伸缩缝是桥面的重要组成部分，直接影响着桥梁的伸缩性、舒适性。由于对主梁收缩徐变考虑不足，经常出现的问题是型号选择不当，导致梁端或在最高温度时挤压损坏，或在最低温度时拉坏梁体。伸缩缝在保证梁体纵向伸缩的同时，也应重视防水设计。在很多设计中，采用直线式伸缩缝，这样做固然设计比较方便，但在桥梁两端的护栏处成为主要的漏水区域。因此，建议选用横向两端有翘头的伸缩缝，使得整个伸缩缝形成一个闭合良好的U型槽，可以有效避免桥面积水沿伸缩缝这个排水薄弱环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上。

3.3影响混凝土强度的主要因素

混凝土的制备方法、养护制度和混凝土的各组分材料。制备混凝土时的水灰比、搅拌方法、振动方式都对混凝土强度有较大影响。在保证工作性的前提下，尽量降低水灰比，可提高混凝土强度。对于干硬性混凝土宜用强制式搅拌机，塑性混凝土则应采用自落式搅拌机。采用振动方法捣实混凝土可使强度提高，对于干硬性混凝土可使早期强度提高20%～30%，其他如采用真空吸水、碾压、加压振动、离心等操作，均能使混凝土更加密实，从而提高强度。

养护制度对强度的影响主要有养护温度、养护龄期和养护时的湿度三个方面。养护温度越高、养护龄期越长以及养护时湿度越大，混凝土的强度越高。

4下部结构的细部设计

4.1分联墩盖梁

分联墩处由于上部结构设置伸缩缝，桥面水经常通过伸缩缝薄弱环节泄漏到分联墩盖梁上，尤其是采用除冰盐的地区，分联墩盖梁长期承受着腐蚀性除冰盐水的腐蚀。因此，分联墩盖梁顶面应该设置横坡以便排走桥面流下的水，并且要在盖梁保护层厚度方面重点考虑防腐蚀要求。另外，为了防止腐蚀性盐水顺墩身流下，避免对墩身和桩基产生不利的影响，设计中可在盖梁挑檐上设置滴水槽。

4.2桩顶

桥梁桩基安全直接决定着桥梁的整体安全，是桥梁设计的重中之重。桩基顶部与承台或墩身相连，受截面突变的影响，属于应力集中的部位。桥梁桩顶一般设计于地面线附近，受地面水、地下水、桥面排下的含除冰盐的冰水、地面土（尤其像盐渍土、土中有机质）等因素中的一种或几种的影响，经常处于干湿交替和腐蚀性环境，对于桩基顶部的钢筋混凝土耐久性产生较大的不利作用。因此，桩基尤其是桩顶的设计中必须要根据桩顶处的水位情况、土质情况合理判定环境等级，选择相应的耐久性标准，最终确定保护层厚度。

结束语

综上所述，混凝土结构桥梁设计中存在许多易被忽视的问题，且影响因素很多，严重影响了桥梁结构的安全。因此在常规设计时，一定要认清细部设计，足够重视细节问题，出现问题时，采取必要措施解决这些细节问题。在工程实践中，要吸取经验教训，不断进行总结，耐久性预测不是精确的科学，只能是个估计。作为混凝土结构桥梁设计工作者，一定要结合自己的设计经验，根据设计方案，认真进行结构的耐久性设计，规范宏观控制方法，以保证混凝土结构桥梁的耐久性。

参考文献：

[1]李建军.公路混凝土结构桥梁耐久性研究[J].广东科技，2015（14）.

[2]王普珍.探讨混凝土结构桥梁耐久性与防水[J].城市建设理论研究（电子版），2015（34）.