浅析桥梁耐久性研究

　　摘要：随着我国公路桥梁建设的蓬勃开展，桥梁结构的耐久性等问题应予以研究和解决。国内现行规范对桥梁设计提出的要求是适用、经济、安全、美观，这些要求基本上包含了人们关心的所有重要问题。本文讨论了桥梁耐久性差的原因，并提吃了一些解决措施，研究了以后的努力方向。
　　关键词：桥梁，耐久性，设计，借鉴
　　一、引言
　　所谓耐久性,有两种理解,一是理论耐久性,二是实际耐久性。理论耐久性按《公路工程混凝土结构防腐技术规范》解释是指“结构在预期作用和预定的维护条件,能在规定期限内维持其设计性能要求的能力”;实际耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何破坏过程的抵抗能力。一般来讲,在正常设计(满足强度、刚度、稳定性和使用功能等要求)、正常施工(严格依照规范和设计进行)、正常使用(规定荷载等)和正常养护(不使用化冰盐)的条件下,桥梁理论耐久性是有保障的。然而暴露在野外环境的桥梁,受到各种水侵腐蚀、冻融破坏、正常和非正常荷载的作用,加之设计、施工的不当,其生存时间很难同我们想象的设计寿命挂钩,其实际耐久性远远小于理论耐久性。
　　二、桥梁耐久性差的原因
　　（1）混凝土不密实或有裂缝
　　这往往是造成钢筋锈蚀的主要原因。尤其当水泥用量不当和浇捣不良,或者在混凝土浇注中产生漏筋、蜂窝、麻面等缺陷,或者造成干缩或温差开裂、受到过载开裂、意外冲撞破损等等,使钢筋直接暴露在环境中,失去了混凝土的保护,都给水(汽)、氧和其他侵蚀介质的渗透创造了有利条件,多种侵蚀介质容易达到钢筋表面,从而加速钢筋的锈蚀。
　　（2）设计理论和结构构造体系不够完善
　　在承认施工存在问题的同时，也不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。
　　许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。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线不明确，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；这些都削弱了结构耐久性，会严重影响结构的安全性。不少桥梁、虽然满足了设计规范的强度要求，仅用了5～10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。
　　不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题、规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此，合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
　　三、提高桥梁耐久性对策
　　（1）提高混凝土密实度，采取措施,控制混凝土有害裂缝。
　　提高混凝土密实度。模板质量要好,支撑牢固,混凝土不跑浆;混凝土振捣要到位,避免出现蜂窝、孔洞;掺入优质粉煤灰,改变混凝土内部孔隙结构,提高混凝土密实度,同时增加对氯离子扩散的阻力。采取措施,控制混凝土有害裂缝。一是防止混凝土碱集料反应引起混凝土裂缝,比如选择含碱量低的水泥(≯0.6%),不使用碱活性的集料,不使用含碱或含碱量低的化学外加剂等;二是防止集料膨胀反应引起的混凝土开裂,对集料生产、运输、堆放及搅拌等工序进行科学管理,防止将含氧化镁或硫酸盐的膨胀集料或生石灰碎块混入集料中;三是防止因温度变化引起混凝土开裂,合理设置、安装桥梁伸缩缝与支座,加强桥梁养护,及时清理伸缩缝中杂物;四是尽量采用预应力结构;五是应用设计允许的最小水泥用量和能满足和易性要求的最小用水量,不要用过大的坍落度,均匀浇筑混凝土,并及时对混凝土进行养护,施工现场的材料堆放要合理,避免施工超载。
　　（2）混凝土的设计应考虑耐久的要求
　　混凝土配比的设计配合比设计在满足混凝土强度,工作性的同时应考虑尽量减少水泥用量和用水量,降低水化热,减少收缩裂缝,提高密实度,采用合理的减水剂和引气剂,改善混凝土内部结构,掺入足量的混合料,提高混凝土耐久性能.
　　结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度,预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋.结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力.结构设计尚应控制混凝土的裂缝的开裂宽度.
　　（3）混凝土工程施工应考虑结构耐久性
　　混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法,裹砂法,裹砂石法等工艺,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土强度,减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝,收缩裂缝,施工裂缝,建立混凝土的浇筑振捣制度,提高混凝土密实度和抗渗性,重视混凝土振捣后的表面工序,并加强养护,以减少混凝土裂缝.混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝,施工裂缝至关重要,应加强施工质量管理,特殊季节施工的混凝土结构,尚应采取特殊措施.
　　四、以后需要改进和努力的方向
　　（1）应该更加重视结构的耐久性问题
　　桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域，国内从上世纪80年代以来，修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用又增大了经济损失。
　　国内从上世纪90年代开始重视了对结构耐久性的研究，也取得了不少成果。这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，对如何从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人研究。而且，长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别，目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析发展。

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