橋梁工程評職范文混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

　　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(gè)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(jì)

　　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(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)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(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等;也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)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(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，冗余性小;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)度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄;這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。

　　不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對象都會(huì)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(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、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(jì)除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)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(jì)中也出現(xiàn)了很多細(xì)部設(shè)計(jì)的盲區(qū)。由于國內(nèi)耐久性設(shè)計(jì)還沒有得到足夠的重視，對于橋梁的細(xì)部設(shè)計(jì)不夠重視不夠細(xì)致，從而導(dǎo)致相當(dāng)一部分橋梁并不是因?yàn)檎w結(jié)構(gòu)安全不足出現(xiàn)問題，而是因?yàn)榧?xì)部設(shè)計(jì)不到位而引起了局部構(gòu)件損壞，進(jìn)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(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)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(jì)。同時(shí)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(jì)的主要內(nèi)容

　　2.1 混凝土材料的選擇。混凝土應(yīng)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(jiān)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(xì)部設(shè)計(jì)。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(fù)應(yīng)力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導(dǎo)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(gè)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(jì)中僅單一采用防水混凝土進(jìn)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(jì)當(dāng)中均要進(jìn)行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計(jì)算角度均能滿足規(guī)范要求。可是在實(shí)際運(yùn)營當(dāng)中，主梁(主要是箱梁)箱體內(nèi)長期大量積水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地?fù)p傷了主梁的預(yù)應(yīng)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(xì)節(jié)設(shè)計(jì)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(shí)間不能排出橋外時(shí)便通過梁頂裂隙進(jìn)入箱體，進(jìn)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(dāng)，導(dǎo)致梁端或在最高溫度時(shí)擠壓損壞，或在最低溫度時(shí)拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時(shí)，也應(yīng)重視防水設(shè)計(jì)。在很多設(shè)計(jì)中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設(shè)計(jì)比較方便，但在橋梁兩端的護(hù)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(gè)伸縮縫形成一個(gè)閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個(gè)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(xì)部設(shè)計(jì)。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(yīng)該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護(hù)層厚度方面重點(diǎn)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(jì)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(jì)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(yīng)力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)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(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定保護(hù)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(yīng)滿足材料的耐久性質(zhì)量要求，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定對進(jìn)場原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)。同時(shí)合理改善顆粒級配，提高混凝土的密實(shí)性。從而提高耐久性。

　　3.2提高混凝土的密實(shí)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(qiáng)養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)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(shí)和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實(shí)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(shí)適當(dāng)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(shí)性。

　　3.3改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)的選型、布置和構(gòu)造應(yīng)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(hù)的鋼筋(例如，體外預(yù)應(yīng)力筋，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，環(huán)氧涂層鋼筋等);加強(qiáng)構(gòu)造配筋，控制裂縫發(fā)展;加大混凝土保護(hù)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(hù)層加大，構(gòu)造不合理的地方進(jìn)行了調(diào)整。

　　3.4采用高強(qiáng)混凝土以提高結(jié)構(gòu)物的耐久性。高強(qiáng)度混凝土(50 MPa以上)的配制特點(diǎn)就是低水灰比，加外加劑，摻用超細(xì)活性摻合料，它的研制和應(yīng)用解決的核心問題之一就是保證耐久性。由于高強(qiáng)混凝土的密實(shí)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(qiáng)橋面排水和防水層設(shè)計(jì)，改善橋梁的環(huán)境作用條件。

　　3.6加強(qiáng)結(jié)構(gòu)使用階段的維護(hù)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(xiàng)系統(tǒng)工程，要從設(shè)計(jì)、選材與施工、維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)著手，特別要以體現(xiàn)設(shè)計(jì)為前提、為龍頭的指導(dǎo)思想改進(jìn)我國橋梁防水、防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。做好對橋梁進(jìn)行病害防治和處理工作，以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。