摘要：近年來，我國橋梁建設工程數(shù)量越來越多，建設規(guī)模也越來越大，但是，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性卻沒有跟隨工程建設數(shù)量和規(guī)模發(fā)展腳步。在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計過程中，設計人員多注重結(jié)構(gòu)強度設計，而忽視結(jié)構(gòu)耐久性設計，從而導致設計出的橋梁結(jié)構(gòu)耐久性難以滿足實際的工程建設標準要求和交通需求�；诖�，本文簡單分析影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計耐久性的因素，并總結(jié)基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計原則和方法，以期能為后續(xù)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計工作提供有效參考。
關鍵詞：耐久性; 混凝土; 橋梁結(jié)構(gòu); 設計;
0 引言
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不僅是衡量橋梁使用壽命的重要指標，同時對橋梁運行質(zhì)量也具有非常大的影響。然而，在設計過程中，不少設計人員并未認識到橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設計的重要性，從而導致橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足，這種現(xiàn)象不僅會制約我國橋梁工程的健康、穩(wěn)定和長久發(fā)展，也會對城市交通運輸和人們出行質(zhì)量造成不良影響�；诖耍托枰O計人員全面做好基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計。
1 影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計耐久性的因素分析
1.1 橋梁結(jié)構(gòu)設計不合理
在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計過程中，不少設計人員片面地認為提升橋梁結(jié)構(gòu)強度便能促進橋梁工程滿足現(xiàn)階段的工程建設標準和交通需求，這種錯誤的認知會導致其忽視混凝土結(jié)構(gòu)本身的耐久性設計，從而不能根據(jù)工程建設地的實際情況合理進行橋梁結(jié)構(gòu)設計。這種現(xiàn)象不僅會降低混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，同時也會降低其承重標準，導致混凝土橋梁在實際運行過程中出現(xiàn)較多的安全隱患。
1.2 材料選擇不當
材料選擇是否得當也是影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計耐久性的重要因素之一。對于混凝土橋梁而言，合理選擇混凝土混合料及其他材料，不僅能提高工程施工質(zhì)量，還能提升其結(jié)構(gòu)強度和延長混凝土使用壽命，從而能提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。例如，合理選擇混凝土的高堿溶液，可在混凝土內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)表面形成一層氧化鐵保護膜，不僅能防止混凝土發(fā)生開裂和鋼筋發(fā)生腐蝕等病害問題，還能有效提高整體結(jié)構(gòu)的耐久性。然而，在實際設計過程中，不少設計人員并未考慮材料因素對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)和設計質(zhì)量的影響，從而難以選擇合理的材料進行工程建設[1]。
2 基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計原則
為提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量和橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，需要設計人員在設計過程中遵循以下原則進行合理設計：(1)整體性原則，指的是設計過程中需保證混凝土橋梁結(jié)構(gòu)連續(xù)性和整體性原則，這樣不僅能有效提高橋梁整體的美觀性，還能提高橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載能力，從而提高其耐久性。一般來說，要達到整體性設計目標要求，多采用無伸縮縫橋梁結(jié)構(gòu)設計方式進行混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計，原因為混凝土橋梁在實際運行過程中，受大自然環(huán)境、雨水、海水侵蝕等因素的影響，常常會導致其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)伸縮縫病害，采用無伸縮縫橋梁結(jié)構(gòu)設計便能有效避免這一病害問題的發(fā)生，同時還能提高橋梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和整體性；(2)應力均勻流暢。在設計過程中還需遵循應力均勻流暢原則，要確保橋梁結(jié)構(gòu)應力均勻、結(jié)構(gòu)力學連續(xù)以及力的傳遞路線簡潔、平滑，這樣不僅能避免橋梁結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域發(fā)生各種病害問題，還能提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性；(3)縮短傳力路徑，對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，橋梁結(jié)構(gòu)和傳力路徑越復雜，各結(jié)構(gòu)部位發(fā)生損傷的概率越高，因此，還需要設計人員遵循縮短傳力路徑原則進行設計，采用最簡捷的方法進行橋梁結(jié)構(gòu)傳力路徑設計，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性[2]。
3 基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計方法
3.1 合理選擇混凝土材料
相關研究證實，在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計和建設過程中，水泥種類、用量及水灰比等均會對混凝土的碳化速度產(chǎn)生一定影響，并破壞混凝土的酸堿度，從而影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，設計人員在設計過程中需要考慮上述因素對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，合理選擇混凝土材料和嚴格控制混相關水泥用量及水灰比。一般來說，含堿度較高的水泥與其他配料混合后易發(fā)生膨脹反應，從而增加橋梁開裂發(fā)生概率。對此，就需要設計人員在設計過程中采用低堿水泥作為建筑材料，嚴格控制水灰比，增強凝土的抗?jié)B性，提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性[3]。
3.2 混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度設計
一項關于鋼筋混凝土簡支梁橋梁工程結(jié)構(gòu)設計實踐證實，增加混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度，可有效提高整個橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。但是，增加混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度也會導致工程建設投資成本增加，為了平衡混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性和經(jīng)濟型工程建設的要求，需要設計人員參考主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響設計標準（見圖1），合理確定保護層厚度，這樣不僅能降低工程投資成本，還能提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。
圖1 主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響設計標準
3.3 橋梁伸縮縫構(gòu)造設計
做好橋梁伸縮縫構(gòu)造設計是提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量的關鍵，因此，就需要設計人員采用規(guī)范的方法進行橋梁伸縮縫構(gòu)造設計，如對主梁和伸縮縫兩側(cè)之間的鋼筋進行預埋設計，這樣能有效提高伸縮縫整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其次，在對橋梁整體結(jié)構(gòu)進行設計時，盡量采用鉸接方式替代伸縮縫，以降低伸縮縫設置數(shù)量，從而最大限度避免或減少伸縮縫病害問題的發(fā)生[4]。
3.4 橋梁防排水結(jié)構(gòu)設計
做好橋梁防排水結(jié)構(gòu)設計，盡可能減少橋梁表面積水和橋下滲水，亦能有效提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。因此，在設計過程中，設計人員需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)實際情況做好防排水構(gòu)造設計，如對于水平設置的橋梁結(jié)構(gòu)，一般不需在橋梁構(gòu)件上設置排水系統(tǒng)出口，這樣可有效避免橋梁構(gòu)件漏水所致的積水問題發(fā)生。設置橋面泄水管時，需對泄水管與混凝土進行隔離，并采取有效措施對泄水管進行密封處理，這樣可確保橋面的積水全部排到橋下。對于橋梁外側(cè)翼板，需采用垂裙式墻式護欄防水結(jié)構(gòu)進行設計，這樣可防止水流順著翼板底部流下。
3.5 橋梁支座結(jié)構(gòu)設計
相比其他的混凝土橋梁構(gòu)件（見圖2），橋梁支座構(gòu)件使用壽命相對較短，為延長橋梁支座構(gòu)件使用壽命和提高支座結(jié)構(gòu)耐久性，就需要設計人員對支座周圍的細部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，如做好支座周圍的細部結(jié)構(gòu)的防塵、防水設計，這樣可有效減少周圍塵土和積水對支座結(jié)構(gòu)的影響。另外，在設計過程中，還需在支座墩頂上預留一定設備空間，便于后續(xù)進行支座維修和更換處理。
圖2 橋梁支座結(jié)構(gòu)
3.6 橋面設計
混凝土橋梁的橋面是橋梁與車輛直接接觸的地方，且在實際運行過程中，受橋面上行車荷載、外部溫度、環(huán)境等因素的影響，常常會導致橋面發(fā)生開裂、變形、下沉等病害問題，這些問題也不僅會顯著降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，還會影響行車安全。因此，就需要設計人員嚴格做好橋面設計，如設計過程中，選擇密實性較好、等級較高的混凝土進行橋面鋪設，這樣能有效防止和降低橋面開裂發(fā)生概率。并且，還可將復合纖維混凝土摻入水泥中，這樣能有效提高橋面和整個橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性[5]。
4 結(jié)語
相比其他工程，混凝土橋梁工程對結(jié)構(gòu)受力和耐久性要求更高，原因是在實際運行過程中，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)會受到上部行車荷載、外部環(huán)境、雨水及其下部水體腐蝕等多方面因素的影響，導致混凝土橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕、損壞等現(xiàn)象，從而會降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。一旦混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性降低，不僅會縮短橋梁的使用壽命，同時還會影響城市交通運輸和人們出行質(zhì)量�；诖�，就需要設計人員嚴格做好基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計，如遵循整體性原則、應力均勻流暢、縮短傳力路徑等原則進行設計。另外，還需掌握基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計方法，如合理選擇混凝土材料、做好混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度設計、橋梁伸縮縫構(gòu)造設計、橋梁防排水結(jié)構(gòu)設計、橋梁支座結(jié)構(gòu)設計以及橋面設計。只有這樣，才能全面提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量和耐久性。
參考文獻
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