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摘要:随着我国经济不断的发展,公路项目及市政项目中桥梁工程占比越来越高。随着桥梁工程的增加,桥梁结构出现越来越多的各种病害,这就要求在桥梁结构设计过程中,要充分考虑桥梁结构的稳定性和安全性,使整个桥梁结构的安全性更高、使用寿命更长。本文将通过对混凝土桥梁结构的设计技术进行阐述,谈论关于基于耐久性混凝土桥梁结构设计方法,希望能为相关工作者带来参考借鉴。
关键词:耐久性;混凝土;桥梁结构;设计研究
引言:
在我国桥梁结构设计过程,混凝土桥梁本身因其强度高、耐久性强、施工技术成熟等特点,备受桥梁设计及施工人员的青睐。但是很多桥梁设计人员会忽略桥梁混凝土结构的耐久性这一设计点,导致在运营过程中,混凝土桥梁结构的耐久性达不到有关标准要求,降低了桥梁结构使用年限,给整个桥梁工程造成了很多不良影响。因此,探索基于耐久性混凝土桥梁结构的设计技术要点问题非常有必要。
一、基于桥梁耐久性的混凝土结构设计技术概述
(一)混凝土桥梁现状
在桥梁混凝土结构的设计过程中,需要对其钢筋混凝土结构采取有效的耐久性设计。在满足桥梁结构的安全及稳定性的同时,还要延长桥梁结构的使用寿命。由于我国很多钢筋混凝土桥梁在实际设计过程中,有些会忽略混凝土的使用耐久性结构设计,再加上桥梁日常的保养检修不及时,导致很多桥梁工程在正常使用运行期间会出现各种问题,使用寿命大大降低,甚至很多桥梁工程变成危桥不能继续使用而面临着桥梁拆除的问题。对于桥梁的混凝土结构设计时,混凝土的使用耐久性设计主要应该有两个方面要注意:
1.合理选择建筑混凝土的所用材料。严格控制材料的最大氯离子含量及最大碱含量。
2.则是通过采取有效的工程技术防护措施,降低建筑混凝土桥梁裂缝的宽度。设计需要充分结合建筑周边的自然环境以及工艺要求。还需要根据公路结构构件采取合理的结构设计,以提高公路桥梁本身及其结构的使用稳定性,延长公路桥梁的正常使用寿命。
(二)影响桥梁耐久性的因素
1.材料因素
对于整个桥梁工程而言,材料质量是始终保障整个桥梁工程质量的重要基础。而合理地选择钢筋混凝土的结构混合料,可以提高钢筋混凝土的连续使用寿命。例如,合理地选择钢筋混凝土材料,可以有效确保钢筋混凝土内部的大量钢筋的金属钝化膜不被破坏,内部的钢筋结构不会出现腐蚀性问题,从而降低了钢筋混凝土的钢筋开裂现象,确保钢筋混凝土的使用强度。
2.结构设计本身的缺陷
当前,在大型桥梁工程的高强度混凝土桥梁结构研究及设计过程中,大多设计人员只注重如何提高桥梁结构的使用强度,却忽视了混凝土桥梁结构本身的安全耐久性设计,导致出现一些结构设计上的错误。此外,不同的桥梁施工现场环境和工艺条件,对整体混凝土桥梁结构的性能要求也不同,设计人员要结合实际情况,对带有混凝土板的桥梁结构进行整体优化结构设计,使凝土桥梁内部的防水耐久性得到保证,进而使整个凝土桥梁整体结构的运行具有稳定性。
3.施工工艺的选择
很多大型桥梁施工单位在后期施工工艺过程中,施工单位为了尽快赶后期工程进度,在桥梁后期施工工艺过程中很难完全按照国家标准规定的后期施工工艺流程要求进行后期施工,再者又加上现场施工管理不严格,势必就会导致大型桥梁工程的后期施工工艺中会存在诸多不良问题,例如,混凝土的振捣处理不到位、施工缝处理不到位、后期混凝土养护不全面、浇筑混凝土过程中随意往混凝土中加水等,都很有可能直接导致大型桥梁钢筋混凝土结构出现较大裂缝,导致桥梁混凝土强度明显下降等不良问题,严重的会影响钢筋混凝土桥梁结构本身的使用耐久性。
二、基于耐久性混凝土桥梁结构设计方法
(一)桥梁伸缩缝构造设计
做好桥梁伸缩缝构造设计是提升混凝土桥梁结构设计质量的关键,因此,就需要设计人员采用规范的方法进行桥梁伸缩缝构造设计,如在伸缩缝两侧即主梁和桥台之间设计预埋钢筋与收缩缝装置连接,这样能有效提高伸缩缝整体结构的稳定性。其次,在对桥梁整体结构进行设计时,尽量采用铰接方式替代伸缩缝,以降低伸缩缝设置数量,从而最大限度避免或减少伸缩缝病害问题的发生。
(二)合理选择混凝土材料
相关研究证实,在混凝土桥梁结构设计和建设过程中,水泥浆的种类、用量及混泥水灰比等均可能会对桥梁混凝土的化学碳化性产生一定的影响, 并直接破坏桥梁混凝土的整体酸碱性强度,影响到混凝土构成桥梁整体结构的使用耐久性。因此,设计人员在桥梁设计施工过程中要充分考虑上述各种因素,正确选择桥梁混凝土所用材料和工艺严格控制混凝土相关用混合料水泥浆的用量及混合料水灰比。一般来说,含碱度较高的水泥与其他配料混合后易发生膨胀反应,从而增加桥梁开裂发生概率。对此,就需要设计人员在设计过程中采用低碱水泥作为建筑材料,严格控制水灰比,增强凝土的抗渗性,提高混凝土桥梁结构耐久性。
(三)桥梁防排水结构设计
做好桥梁防排水结构设计,尽可能减少桥梁表面积水和桥下渗水,亦能有效提高混凝土桥梁结构耐久性。因此,在设计过程中,设计人员需要根据桥梁结构实际情况做好防排水工作[1]。
(四)桥梁支座结构设计
相比其他的钢筋混凝土支架桥梁支撑构件,桥梁细部支座支撑构件整体使用寿命较短,为有效延长桥梁细部支座支撑构件使用寿命及提高桥梁结构耐久性,需要专业设计人员对桥梁支座周围的桥梁细部支撑结构进行墙体优化涂层设计。只有做好了桥梁支座周围的桥梁细部支撑结构的墙体防尘、防水涂层设计,才可有效率地减少周围的灰尘土对桥梁支座细部结构的破坏影响。另外,在后续设计进行过程中,还应按需在相关支座墩台顶上还应预留一定量的设备更换空间,便于根据后续设计进行相关支座墩台顶维修和及时更换设备处理[2]。
(五)考虑应力均匀流畅的设计要点
混凝土结构桥梁整体构造较为复杂,所以它的桥梁结构受力体系设计会直接影响到混凝土桥梁结构的整体受力和耐久性。因此,可以建立一个桥梁结构支座与支架拉压杆组合模型,使得一个桥梁的支座拉压杆每个位置都同时拥有一个足够的可承受力,使桥梁结构更具耐久性。另外,混凝土结构桥梁的设计桥跨主体结构一般都会长期受到较大的拉力,桥梁钢筋易受腐蚀问题,因此我们要在桥梁设计过程中,尽量控制桥梁的最大应力分布路径,并尽量提高桥梁材料使用强度,考虑到桥梁几何应力分布的线性对设计桥梁混凝土结构的受力会有影响,应该合理分配设计结构桥梁中的各个构件之间的荷载传动受力,使得桥梁整个结构的桥梁荷载受力均匀,传动受力简捷[3]。
(六)结构体系
延长建筑结构的使用寿命的重要考量因素之一就是合理的建筑结构设计。结构质量体系的设计优化工作主要从建筑结构的耐久性和整体性角度考虑,遵循建筑构件整体设计的原则。结构设计的最大承载能力和其对整体结构的牢固性等综合设计均可有效对抗自然灾害,传统结构设计偏重于对高强度的结构计算,却忽略了对整体结构牢固性的结构设计,到目前为止,从整个桥梁的维修认识情况来看,及时发现桥梁被严重破坏的关键点并及时处理,就可以大大减少桥梁维修的成本,并且可以节约整个桥梁的维修时间,因此在桥梁结构设计中过程一定要严格遵循容易进行检查和易于维修的设计原则[4]。
三、结束语
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。
参考文献
[1]李增江.基于耐久性的混凝土桥梁结构设计研究[J].工程建设与设计,2020(18).
[2]周嵬.基于耐久性混凝土桥梁结构设计研究[J].智能城市,2019,005(013):34-35.
[3]刘云霞.混凝土桥梁耐久性设计研究[J].华东公路,2020,No.242(02):53-54.
[4]李渊.混凝土结构桥梁的耐久性设计问题分析[J].工程建设与设计,2020,No.423(01):153-154+160.
作者简介:
薛荣鹏(1983—)男,汉族,土木工程本科学历。主要从事桥涵设计及施工管理。