淺析橋梁耐久性研究

 淺析橋梁耐久性研究

　　摘要：隨著我國(guó)公路橋梁建設(shè)的蓬勃開展，橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性等問題應(yīng)予以研究和解決。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)提出的要求是適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀，這些要求基本上包含了人們關(guān)心的所有重要問題。本文討論了橋梁耐久性差的原因，并提吃了一些解決措施，研究了以后的努力方向。

　　關(guān)鍵詞：橋梁，耐久性，設(shè)計(jì)，借鑒

　　一、引言

　　所謂耐久性,有兩種理解,一是理論耐久性,二是實(shí)際耐久性。理論耐久性按《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》解釋是指“結(jié)構(gòu)在預(yù)期作用和預(yù)定的維護(hù)條件,能在規(guī)定期限內(nèi)維持其設(shè)計(jì)性能要求的能力”;實(shí)際耐久性是指結(jié)構(gòu)對(duì)氣候作用、化學(xué)侵蝕、物理作用或任何破壞過程的抵抗能力。一般來講,在正常設(shè)計(jì)(滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和使用功能等要求)、正常施工(嚴(yán)格依照規(guī)范和設(shè)計(jì)進(jìn)行)、正常使用(規(guī)定荷載等)和正常養(yǎng)護(hù)(不使用化冰鹽)的條件下,橋梁理論耐久性是有保障的。然而暴露在野外環(huán)境的橋梁,受到各種水侵腐蝕、凍融破壞、正常和非正常荷載的作用,加之設(shè)計(jì)、施工的不當(dāng),其生存時(shí)間很難同我們想象的設(shè)計(jì)壽命掛鉤,其實(shí)際耐久性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論耐久性。

　　二、橋梁耐久性差的原因

　�。�1）混凝土不密實(shí)或有裂縫

　　這往往是造成鋼筋銹蝕的主要原因。尤其當(dāng)水泥用量不當(dāng)和澆搗不良,或者在混凝土澆注中產(chǎn)生漏筋、蜂窩、麻面等缺陷,或者造成干縮或溫差開裂、受到過載開裂、意外沖撞破損等等,使鋼筋直接暴露在環(huán)境中,失去了混凝土的保護(hù),都給水(汽)、氧和其他侵蝕介質(zhì)的滲透創(chuàng)造了有利條件,多種侵蝕介質(zhì)容易達(dá)到鋼筋表面,從而加速鋼筋的銹蝕。

　�。�2）設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善

　　在承認(rèn)施工存在問題的同時(shí)，也不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

　　許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性��；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過�。贿@些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，僅用了5～10年就因?yàn)槟途眯猿隽藛栴}影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問題，設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。

　　不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細(xì)也不能包羅本應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問題、規(guī)范更新得再快也適應(yīng)不了新認(rèn)識(shí)、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。

　　三、提高橋梁耐久性對(duì)策

　　（1）提高混凝土密實(shí)度，采取措施,控制混凝土有害裂縫。

　　提高混凝土密實(shí)度。模板質(zhì)量要好,支撐牢固,混凝土不跑漿;混凝土振搗要到位,避免出現(xiàn)蜂窩、孔洞;摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰,改變混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu),提高混凝土密實(shí)度,同時(shí)增加對(duì)氯離子擴(kuò)散的阻力。采取措施,控制混凝土有害裂縫。一是防止混凝土堿集料反應(yīng)引起混凝土裂縫,比如選擇含堿量低的水泥(≯0.6%),不使用堿活性的集料,不使用含堿或含堿量低的化學(xué)外加劑等;二是防止集料膨脹反應(yīng)引起的混凝土開裂,對(duì)集料生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放及攪拌等工序進(jìn)行科學(xué)管理,防止將含氧化鎂或硫酸鹽的膨脹集料或生石灰碎塊混入集料中;三是防止因溫度變化引起混凝土開裂,合理設(shè)置、安裝橋梁伸縮縫與支座,加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù),及時(shí)清理伸縮縫中雜物;四是盡量采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu);五是應(yīng)用設(shè)計(jì)允許的最小水泥用量和能滿足和易性要求的最小用水量,不要用過大的坍落度,均勻澆筑混凝土,并及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù),施工現(xiàn)場(chǎng)的材料堆放要合理,避免施工超載。

　　（2）混凝土的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐久的要求

　　混凝土配比的設(shè)計(jì)配合比設(shè)計(jì)在滿足混凝土強(qiáng)度,工作性的同時(shí)應(yīng)考慮盡量減少水泥用量和用水量,降低水化熱,減少收縮裂縫,提高密實(shí)度,采用合理的減水劑和引氣劑,改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),摻入足量的混合料,提高混凝土耐久性能.

　　結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按其使用環(huán)境設(shè)計(jì)相應(yīng)的混凝土保護(hù)層厚度,預(yù)防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋.結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚應(yīng)控制混凝土的裂縫的開裂寬度.

　�。�3）混凝土工程施工應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)耐久性

　　混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法,裹砂法,裹砂石法等工藝,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土強(qiáng)度,減少用水量;大體積混凝土的澆筑振搗應(yīng)控制混凝土的溫度裂縫,收縮裂縫,施工裂縫,建立混凝土的澆筑振搗制度,提高混凝土密實(shí)度和抗?jié)B性,重視混凝土振搗后的表面工序,并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),以減少混凝土裂縫.混凝土的施工過程對(duì)控制構(gòu)件外觀裂縫,施工裂縫至關(guān)重要,應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理,特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu),尚應(yīng)采取特殊措施.

　　四、以后需要改進(jìn)和努力的方向

　�。�1）應(yīng)該更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題

　　橋梁在建造和使用過程中，一定會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)80年代以來，修建了大量的斜拉橋；雖然迄今為止出現(xiàn)倒塌或嚴(yán)重?fù)p害的例子很少，但已經(jīng)有多座橋梁因?yàn)槔�索的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟(jì)損失。

　　國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的，對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長(zhǎng)期以來，人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。