基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和方法

 摘要：近年來，我國(guó)橋梁建設(shè)工程數(shù)量越來越多，建設(shè)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(shè)數(shù)量和規(guī)模發(fā)展腳步。在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員多注重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而忽視結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的橋梁結(jié)構(gòu)耐久性難以滿足實(shí)際的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求和交通需求�；�于此，本文簡(jiǎn)單分析影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原則和方法，以期能為后續(xù)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供有效參考。

　　關(guān)鍵詞：耐久性; 混凝土; 橋梁結(jié)構(gòu); 設(shè)計(jì);

　　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(biāo)，同時(shí)對(duì)橋梁運(yùn)行質(zhì)量也具有非常大的影響。然而，在設(shè)計(jì)過程中，不少設(shè)計(jì)人員并未認(rèn)識(shí)到橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足，這種現(xiàn)象不僅會(huì)制約我國(guó)橋梁工程的健康、穩(wěn)定和長(zhǎng)久發(fā)展，也會(huì)對(duì)城市交通運(yùn)輸和人們出行質(zhì)量造成不良影響。基于此，就需要設(shè)計(jì)人員全面做好基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　1 影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性的因素分析

　　1.1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

　　在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不少設(shè)計(jì)人員片面地認(rèn)為提升橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度便能促進(jìn)橋梁工程滿足現(xiàn)階段的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和交通需求，這種錯(cuò)誤的認(rèn)知會(huì)導(dǎo)致其忽視混凝土結(jié)構(gòu)本身的耐久性設(shè)計(jì)，從而不能根據(jù)工程建設(shè)地的實(shí)際情況合理進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種現(xiàn)象不僅會(huì)降低混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)也會(huì)降低其承重標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致混凝土橋梁在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)較多的安全隱患。

　　1.2 材料選擇不當(dāng)

　　材料選擇是否得當(dāng)也是影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性的重要因素之一。對(duì)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(qiáng)度和延長(zhǎng)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(hù)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(shí)際設(shè)計(jì)過程中，不少設(shè)計(jì)人員并未考慮材料因素對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響，從而難以選擇合理的材料進(jìn)行工程建設(shè)[1]。

　　2 基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

　　為提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中遵循以下原則進(jìn)行合理設(shè)計(jì)：(1)整體性原則，指的是設(shè)計(jì)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(dá)到整體性設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，多采用無伸縮縫橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，原因?yàn)榛炷�土橋梁在�?shí)際運(yùn)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(huì)導(dǎo)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(shè)計(jì)便能有效避免這一病害問題的發(fā)生，同時(shí)還能提高橋梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和整體性;(2)應(yīng)力均勻流暢。在設(shè)計(jì)過程中還需遵循應(yīng)力均勻流暢原則，要確保橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力均勻、結(jié)構(gòu)力學(xué)連續(xù)以及力的傳遞路線簡(jiǎn)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(duì)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(fù)雜，各結(jié)構(gòu)部位發(fā)生損傷的概率越高，因此，還需要設(shè)計(jì)人員遵循縮短傳力路徑原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用最簡(jiǎn)捷的方法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)傳力路徑設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)方法

　　3.1 合理選擇混凝土材料

　　相關(guān)研究證實(shí)，在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，水泥種類、用量及水灰比等均會(huì)對(duì)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(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中需要考慮上述因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，合理選擇混凝土材料和嚴(yán)格控制混相關(guān)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(yīng)，從而增加橋梁開裂發(fā)生概率。對(duì)此，就需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中采用低堿水泥作為建筑材料，嚴(yán)格控制水灰比，增強(qiáng)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(hù)層厚度設(shè)計(jì)

　　一項(xiàng)關(guān)于鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐證實(shí)，增加混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度，可有效提高整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。但是，增加混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度也會(huì)導(dǎo)致工程建設(shè)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(jì)型工程建設(shè)的要求，需要設(shè)計(jì)人員參考主梁鋼筋保護(hù)層厚對(duì)橋梁耐久性影響設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，合理確定保護(hù)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。

　　3.3 橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計(jì)

　　做好橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計(jì)是提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，就需要設(shè)計(jì)人員采用規(guī)范的方法進(jìn)行橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計(jì)，如對(duì)主梁和伸縮縫兩側(cè)之間的鋼筋進(jìn)行預(yù)埋設(shè)計(jì)，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(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量采用鉸接方式替代伸縮縫，以降低伸縮縫設(shè)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(shè)計(jì)

　　做好橋梁防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際情況做好防排水構(gòu)造設(shè)計(jì)，如對(duì)于水平設(shè)置的橋梁結(jié)構(gòu)，一般不需在橋梁構(gòu)件上設(shè)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(shè)置橋面泄水管時(shí)，需對(duì)泄水管與混凝土進(jìn)行隔離，并采取有效措施對(duì)泄水管進(jìn)行密封處理，這樣可確保橋面的積水全部排到橋下。對(duì)于橋梁外側(cè)翼板，需采用垂裙式墻式護(hù)欄防水結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)

　　相比其他的混凝土橋梁構(gòu)件 ，橋梁支座構(gòu)件使用壽命相對(duì)較短，為延長(zhǎng)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(shè)計(jì)人員對(duì)支座周圍的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如做好支座周圍的細(xì)部結(jié)構(gòu)的防塵、防水設(shè)計(jì)，這樣可有效減少周圍塵土和積水對(duì)支座結(jié)構(gòu)的影響。另外，在設(shè)計(jì)過程中，還需在支座墩頂上預(yù)留一定設(shè)備空間，便于后續(xù)進(jìn)行支座維修和更換處理。

　　3.6 橋面設(shè)計(jì)

　　混凝土橋梁的橋面是橋梁與車輛直接接觸的地方，且在實(shí)際運(yùn)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(huì)導(dǎo)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(huì)顯著降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，還會(huì)影響行車安全。因此，就需要設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格做好橋面設(shè)計(jì)，如設(shè)計(jì)過程中，選擇密實(shí)性較好、等級(jí)較高的混凝土進(jìn)行橋面鋪設(shè)，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(fù)合纖維混凝土摻入水泥中，這樣能有效提高橋面和整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性[5]。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　相比其他工程，混凝土橋梁工程對(duì)結(jié)構(gòu)受力和耐久性要求更高，原因是在實(shí)際運(yùn)行過程中，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)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(dǎo)致混凝土橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕、損壞等現(xiàn)象，從而會(huì)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(huì)縮短橋梁的使用壽命，同時(shí)還會(huì)影響城市交通運(yùn)輸和人們出行質(zhì)量。基于此，就需要設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格做好基于耐久性的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如遵循整體性原則、應(yīng)力均勻流暢、縮短傳力路徑等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，還需掌握基于耐久性混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，如合理選擇混凝土材料、做好混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)、橋梁伸縮縫構(gòu)造設(shè)計(jì)、橋梁防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橋梁支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及橋面設(shè)計(jì)。只有這樣，才能全面提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和耐久性。

　　參考文獻(xiàn)

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