橋梁工程評職范文混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計

　　摘要：混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性概括起來是指混凝土抵抗周圍不利因素長期作用的性能。下面從影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素和提高耐久性的技術(shù)措施兩個方面來探討混凝土的耐久性問題。

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

　　一、橋梁安全性、耐久性差的主要原因

　　1.1施工和管理水平低。國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關(guān)注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達到規(guī)范和設(shè)計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等;也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

　　1.2設(shè)計理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善。在承認施工存在問題的同時，也不可否認，在橋梁設(shè)計領(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的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務是選擇經(jīng)濟合理的結(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，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

　　許多設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要，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、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性小;有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大;有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構(gòu)件截面過薄;這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全性。

　　不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計對象都會對結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細也不能包羅本應由設(shè)計人員解決的各種問題、規(guī)范更新得再快也適應不了新認識、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對結(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)計除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認識、豐富的經(jīng)驗和準確的判斷。

　　橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，在設(shè)計中也出現(xiàn)了很多細部設(shè)計的盲區(qū)。由于國內(nèi)耐久性設(shè)計還沒有得到足夠的重視，對于橋梁的細部設(shè)計不夠重視不夠細致，從而導致相當一部分橋梁并不是因為整體結(jié)構(gòu)安全不足出現(xiàn)問題，而是因為細部設(shè)計不到位而引起了局部構(gòu)件損壞，進而大大降低了整體結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法，除了加強施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計。同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

　　二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的主要內(nèi)容

　　2.1 混凝土材料的選擇。混凝土應選用低水化熱、低C3A含量、偏低含堿量的水泥。混凝土的骨料宜選用堅固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級配及粒形，可以將適量引起作為常規(guī)手段，宜采用偏低的用水量并限制單方混凝土中水泥材料最低和最高用量，盡可能降低水泥材料中的硅酸鹽水泥用量。

　　2.2 上部結(jié)構(gòu)細部設(shè)計。①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件，也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復應力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。②橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計中僅單一采用防水混凝土進行防水。由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂后防水性能便大為下降。③主梁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件，一般在設(shè)計當中均要進行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計算角度均能滿足規(guī)范要求。可是在實際運營當中，主梁(主要是箱梁)箱體內(nèi)長期大量積水的現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地損傷了主梁的預應力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對于主梁細節(jié)設(shè)計的不到位，主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善，橋面積水在長時間不能排出橋外時便通過梁頂裂隙進入箱體，進而在箱體內(nèi)不斷積累，最終形成箱體內(nèi)積水。④伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分，直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對主梁收縮徐變考慮不足，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是型號選擇不當，導致梁端或在最高溫度時擠壓損壞，或在最低溫度時拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時，也應重視防水設(shè)計。在很多設(shè)計中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設(shè)計比較方便，但在橋梁兩端的護欄處成為主要的漏水區(qū)域。因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個伸縮縫形成一個閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上。

　　2.3下部結(jié)構(gòu)的細部設(shè)計。①分聯(lián)墩蓋梁。分聯(lián)墩處由于上部結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫，橋面水經(jīng)常通過伸縮縫薄弱環(huán)節(jié)泄漏到分聯(lián)墩蓋梁上，尤其是采用除冰鹽的地區(qū)，分聯(lián)墩蓋梁長期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此，分聯(lián)墩蓋梁頂面應該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護層厚度方面重點考慮防腐蝕要求。另外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免對墩身和樁基產(chǎn)生不利的影響，設(shè)計中可在蓋梁挑檐上設(shè)置滴水槽。②樁頂。橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全，是橋梁設(shè)計的重中之重。樁基頂部與承臺或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土(尤其像鹽漬土、土中有機質(zhì))等因素中的一種或幾種的影響，經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境，對于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級，選擇相應的耐久性設(shè)計標準，最終確定保護層厚度。

　　三、提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要技術(shù)措施

　　3.1合理選擇混凝土結(jié)構(gòu)的組成材料。混凝土各組成材料及鋼筋的選用應滿足材料的耐久性質(zhì)量要求，應按規(guī)范規(guī)定對進場原材料進行嚴格的質(zhì)量檢驗。同時合理改善顆粒級配，提高混凝土的密實性。從而提高耐久性。

　　3.2提高混凝土的密實性。控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，改善混凝土的施工工藝，攪拌均勻、充分振搗，加強養(yǎng)護，嚴格控制施工質(zhì)量。除了選擇及配良好的集料和精心施工保證混凝土充分搗實和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實性的最重要的條件，故《橋規(guī)》(JTG D62)中規(guī)定了各類環(huán)境條件下滿足混凝土耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量值。同時適當摻用外加劑，如摻用減水劑或引氣劑，可改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實性。

　　3.3改進結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)的選型、布置和構(gòu)造應有利于減輕環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)的作用。采用具有防腐保護的鋼筋(例如，體外預應力筋，無粘結(jié)預應力筋，環(huán)氧涂層鋼筋等);加強構(gòu)造配筋，控制裂縫發(fā)展;加大混凝土保護層厚度等。《橋規(guī)》(JTG D62-2004)與舊《橋規(guī)》相比，構(gòu)造鋼筋用量增多，混凝土保護層加大，構(gòu)造不合理的地方進行了調(diào)整。

　　3.4采用高強混凝土以提高結(jié)構(gòu)物的耐久性。高強度混凝土(50 MPa以上)的配制特點就是低水灰比，加外加劑，摻用超細活性摻合料，它的研制和應用解決的核心問題之一就是保證耐久性。由于高強混凝土的密實性能好，抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土，因此不但適用于高層和大跨度結(jié)構(gòu)物，對于海洋和港口工程，其抗?jié)B和耐腐蝕性能均大大優(yōu)于普通混凝土。

　　3.5加強橋面排水和防水層設(shè)計，改善橋梁的環(huán)境作用條件。

　　3.6加強結(jié)構(gòu)使用階段的維護與檢測，提高混凝土的耐久性。

　　四、結(jié)語

　　提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是一項系統(tǒng)工程，要從設(shè)計、選材與施工、維護各個環(huán)節(jié)著手，特別要以體現(xiàn)設(shè)計為前提、為龍頭的指導思想改進我國橋梁防水、防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計。做好對橋梁進行病害防治和處理工作，以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。