混凝土桥梁耐久性设计研究

混凝土桥梁耐久性设计研究

舒震坤

中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063

摘要：近年来，随着我国科学技术的不断发展，桥梁工程建设的类型也越来越多，随着桥梁跨径的不断加大，在进行桥梁设计时，要不断增强设计内容的精准性，以保障桥梁建设能够满足最基本的行车通行能力及交通安全等。由于混凝土桥梁设计标准直接影响到桥梁的耐久性，所以在进行混凝土桥梁相关设计时，要加强对桥梁耐久性的影响分析，结合实际情况，对混凝土桥梁外部环境以及桥梁受力状态进行有效研究，增加耐久性，提高混凝土桥梁的使用效率。

关键词：混凝土桥梁；耐久性；设计

1耐久性设计存在的问题

(1)混凝土桥梁在设计时，不仅需要考虑结构受力和经济预算等方面的内容，也要考虑结构在耐久性方面的问题。考虑不全面就容易导致桥梁缺乏整体性，使得混凝土桥梁的耐久性有所降低。(2)在设计时，关于桥梁的耐久性理论还需完善，大多数桥梁在到达其设计使用年限之前就已经进行维修和更换。而设计人员对于桥梁的耐久性缺乏一定的认知，只着重考虑桥梁的强度极限状态，而不重视桥梁的使用极限状态。在设计时仅按规范套用耐久性设计而没有根据实际情况去分析导致耐久性降低的因素以及解决方法。

2提高混凝土桥梁耐久性设计的措施

2.1重视设计前的勘察和准备工作

首先，要合理选择施工线路，整体把握施工预算成本；其次，在确定施工线路之后，要结合现场仔细分析混凝土桥梁的桥型及孔跨布置，同时要提出具体的施工养护措施，对桥梁的线性弧度提供保障。除此之外，还需明确桥梁的承载力，提供应对突发事件的剪力施工预案，确保施工环节能够顺利进行。

2.2提高混凝土保护层的控制

应加强混凝土保护层厚度的控制，减少施工误差造成的混凝土保护层厚薄问题。要求施工过程中通过优化配合比，来提高混凝土的密实度。在混凝土浇筑时优先选择质量过硬、支撑牢固的模板体系，混凝土振捣要到位，不跑浆，尽量避免出现蜂窝、孔洞等问题。此外，在设计时应明确施工中应采取的措施，以预防混凝土有害裂缝的产生。先从材料出发，有效避免因混凝土中碱集料有反应导致混凝土出现裂缝情况，不得使用含碱或含碱量相对较低的化学外加剂等。混凝土浇筑时应严格控制水化热，对大体积混凝土结构应设置冷却管，以避免温度变化从而引起混凝土的开裂。施工现场的材料堆放要合理，避免施工荷载过大导致结构开裂。在设计环节，对抗裂要求比较高的结构应优先选用预应力结构，从源头上避免结构裂缝的产生。合理设置并正确安装桥梁支座与伸缩装置，运营期加强混凝土桥梁的养护，及时清理杂物，防止伸缩缝顶死产生破坏性裂缝等问题。

2.3提高桥梁的支座强度

在混凝土桥梁中桥梁支座是受力最集中的位置，同时也是混凝土桥梁结构构件中最薄弱的。桥梁支座的主要作用是将桥梁下部与桥梁上部连接到一起，可以将桥梁上部结构的荷载与变形更加可靠的传递给桥梁下部结构，可以说在混凝土桥梁中起到了传力装置的作用。所以，在进行桥梁细部结构设计工作时应不断优化桥梁支座的耐久性设计，从而保证支座可以具有良好的抗压承载力，同时确定桥梁支座转角位置位移量以及摩阻系数，实现桥梁上部与下部结构内部作用力的均衡。此外，实际应用过程中还应对车辆行驶加速等方面给桥面所带来切向力作用于支座位置的水平剪力，通过对桥梁支座抗剪强度的验算，如果出现横向刚度能量大的上部与下部结构应对支座不均衡受力情况进行考虑，从而提升桥梁支座强度。

2.4超载预防设计

混凝土桥梁的使用寿命超出了设计期限，产生负载运营；桥上通行的车流量大；车辆违规超载。尽管混凝土材质的桥梁有十分可靠的耐久性，但是对于已经明确标注了荷载的桥梁，仍然受到无视，在长时间的超荷载压力下，难免会出现开裂的情况。虽然桥梁的裂缝可以闭合，但是桥梁内部结构的损失是不可逆的，结构构件开裂同样降低了桥梁的弯矩，加大了桥梁的疲劳程度，对桥梁的耐久性和安全性带来了负面影响。因此，对桥梁进行设计时，要将车辆超载等外部环境问题考虑进去，提出具体的超载预防设计方案。

2.5疲劳损伤设计

混凝土桥梁结构需要承受各种各样的动荷载及恒荷载，像温度的变化、有害物质的腐蚀、超载、地震等众多因素，这些人为因素和其他不可抗的自然因素会产生往复作用，使得桥梁构件产生疲劳损伤。结构震动以及疲劳损伤的长期积累会严重影响混凝土桥梁的的使用寿命，所以要及时的进行诊断和处理，若是不能控制好桥梁正常使用极限状态下的裂缝，就可能会造成钢筋的腐蚀，进而影响结构的承载能力，对混凝土桥梁结构的稳定性产生影响。要重视和避免这些问题，除了要关注桥梁整体结构的疲劳损伤，还应该关注个别构件的疲劳损伤。重视混凝土桥梁的疲劳损伤，不仅要重视桥梁结构的混凝土构件所存在的疲劳损伤，其次要重视桥梁结构在腐蚀性环境中引发的钢筋锈蚀问题。

2.6超高性能混凝土组合桥面应用

对于车流量大，车辆超载严重的桥梁，会导致桥面疲劳失效严重，使得铺装层病害问题变得突出。目前，桥面板存在着铺装层破损和疲劳开裂两大技术难题，出现病害的主要原因是沥青铺装层的高温、疲劳性能和粘结强度不足、桥面板的刚度不足、应力幅过大(超载）、构造细节处理不当等。

近十多年来，随着我国经济的发展，国内多座大跨径桥梁出现了桥面板疲劳开裂、铺装层开裂、拥包、脱层等病害，严重影响到桥面的行车通行能力及交通安全，针对这些病害，各地桥管部门尝试了很多办法，仍未能使桥面铺装问题得到彻底根治。修复后的桥面使用不多久，桥面破损现象依旧发生，群众反映强烈，投诉意见多，社会影响极差。

在以上背景下，近年来我国逐步引进了超高性能混凝土材质。超高性能混凝土与普通高性能混凝土相比其材料组成、配合比设计以及结构等方面都有不同，其属于新型水泥材料，具有较高的承重力、自重力较强且可以为施工提供便利。

超性能混凝土，在自重增加不多的情况下参与全桥整体受力和局部受力，提高桥面板刚度，大幅度减小了面板和纵横肋在轮载下的应力，提高了钢桥面的抗疲劳寿命。同时混凝土表面粗糙，与沥青混凝土的粘结强度提高，可解决沥青混凝土层的滑移、脱层、鼓包和车辙等问题。

3桥梁构件设计使用寿命建议值

（1）混凝土桥梁在不同环境的作用下对桥梁构件使用寿命的影响不同，所采取的耐久性设计措施也不同，因而需按照使用环境对桥梁的使用寿命进行区别选取。（2）桥梁的使用寿命会随着交通量、车辆超载等的增大而降低。（3）技术进步的影响。采取新的施工方法或材料，设计寿命结合现场情况进行具体考虑。（4）建议值主要针对二级桥梁，对于一级桥梁其设计寿命应在其基础上提高10年～20年。

4结语：

混凝土桥梁在进行建设施工时，对一些容易被忽视但又会对桥梁结构耐用性造成很大影响的设计，应该加强重视，通过对混凝土桥梁的设计要点进行分析与研究，优化设计方案，使整体耐久性得到提升，增加桥梁的使用年限，减少不必要的浪费。因此在进行混凝土桥梁设计时，要不断积累相关的工作经验，结合桥梁的实际情况，对桥梁在使用过程中容易出现的问题进行总结，不断优化设计，以提高耐久度为最终目标，通过对设计内容的把控，提升桥梁整体结构的耐久度，为桥梁的安全和质量管理提供有效的帮助。

参考文献：

［1］刘静.市政道路桥梁设计中的安全性与耐久性设计［J］．绿色环保建材，2019，10:109－110.

［2］闫君.节段预制拼装桥梁耐久性设计要点研究框架思路构建［J］．工程建设与设计，2018，23:144－145.

［3］谢琪.近海地区海洋氯化物环境混凝土桥梁结构耐久性设计的思考与建议［J］．公路工程，2018，43(5):138－142.