桥梁工程评职范文混凝土结构的耐久性设计

　　摘要：混凝土结构的耐久性概括起来是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。下面从影响混凝土结构耐久性的主要因素和提高耐久性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。

　　关键词：桥梁结构,混凝土,耐久性,设计

　　一、桥梁安全性、耐久性差的主要原因

　　1.1施工和管理水平低。国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等;也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。

　　1.2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。

　　桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题，在设计中也出现了很多细部设计的盲区。由于国内耐久性设计还没有得到足够的重视，对于桥梁的细部设计不够重视不够细致，从而导致相当一部分桥梁并不是因为整体结构安全不足出现问题，而是因为细部设计不到位而引起了局部构件损坏，进而大大降低了整体结构的安全性和耐久性。要积极借鉴国外成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。同时需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。

　　二、混凝土结构耐久性设计的主要内容

　　2.1 混凝土材料的选择。混凝土应选用低水化热、低C3A含量、偏低含碱量的水泥。混凝土的骨料宜选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及粒形，可以将适量引起作为常规手段，宜采用偏低的用水量并限制单方混凝土中水泥材料最低和最高用量，尽可能降低水泥材料中的硅酸盐水泥用量。

　　2.2 上部结构细部设计。①桥面铺装。桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期损坏，进而破坏桥面防水系统，最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。②桥面防水层。桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用防水混凝土进行防水。由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂后防水性能便大为下降。③主梁。主梁是全桥的主要承力构件，一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析，重视程度很高，从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中，主梁(主要是箱梁)箱体内长期大量积水的现象时有发生，甚至积水灌满箱体的情况也有发生，极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是对于主梁细节设计的不到位，主梁排水构造设置不够完善，桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体，进而在箱体内不断积累，最终形成箱体内积水。④伸缩缝。伸缩缝是桥面的重要组成部分，直接影响着桥梁的伸缩性、舒适性。由于对主梁收缩徐变考虑不足，经常出现的问题是型号选择不当，导致梁端或在最高温度时挤压损坏，或在最低温度时拉坏梁体。伸缩缝在保证梁体纵向伸缩的同时，也应重视防水设计。在很多设计中，采用直线式伸缩缝，这样做固然设计比较方便，但在桥梁两端的护栏处成为主要的漏水区域。因此，建议选用横向两端有翘头的伸缩缝，使得整个伸缩缝形成一个闭合良好的U型槽，可以有效避免桥面积水沿伸缩缝这个排水薄弱环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上。

　　2.3下部结构的细部设计。①分联墩盖梁。分联墩处由于上部结构设置伸缩缝，桥面水经常通过伸缩缝薄弱环节泄漏到分联墩盖梁上，尤其是采用除冰盐的地区，分联墩盖梁长期承受着腐蚀性除冰盐水的腐蚀。因此，分联墩盖梁顶面应该设置横坡以便排走桥面流下的水，并且要在盖梁保护层厚度方面重点考虑防腐蚀要求。另外，为了防止腐蚀性盐水顺墩身流下，避免对墩身和桩基产生不利的影响，设计中可在盖梁挑檐上设置滴水槽。②桩顶。桥梁桩基安全直接决定着桥梁的整体安全，是桥梁设计的重中之重。桩基顶部与承台或墩身相连，受截面突变的影响，属于应力集中的部位。桥梁桩顶一般设计于地面线附近，受地面水、地下水、桥面排下的含除冰盐的冰水、地面土(尤其像盐渍土、土中有机质)等因素中的一种或几种的影响，经常处于干湿交替和腐蚀性环境，对于桩基顶部的钢筋混凝土耐久性产生较大的不利作用。因此，桩基尤其是桩顶的设计中必须要根据桩顶处的水位情况、土质情况合理判定环境等级，选择相应的耐久性设计标准，最终确定保护层厚度。

　　三、提高混凝土结构耐久性的主要技术措施

　　3.1合理选择混凝土结构的组成材料。混凝土各组成材料及钢筋的选用应满足材料的耐久性质量要求，应按规范规定对进场原材料进行严格的质量检验。同时合理改善颗粒级配，提高混凝土的密实性。从而提高耐久性。

　　3.2提高混凝土的密实性。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艺，搅拌均匀、充分振捣，加强养护，严格控制施工质量。除了选择及配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比是影响混凝土密实性的最重要的条件，故《桥规》(JTG D62)中规定了各类环境条件下满足混凝土耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量值。同时适当掺用外加剂，如掺用减水剂或引气剂，可改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的密实性。

　　3.3改进结构设计。结构的选型、布置和构造应有利于减轻环境因素对结构的作用。采用具有防腐保护的钢筋(例如，体外预应力筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等);加强构造配筋，控制裂缝发展;加大混凝土保护层厚度等。《桥规》(JTG D62-2004)与旧《桥规》相比，构造钢筋用量增多，混凝土保护层加大，构造不合理的地方进行了调整。

　　3.4采用高强混凝土以提高结构物的耐久性。高强度混凝土(50 MPa以上)的配制特点就是低水灰比，加外加剂，掺用超细活性掺合料，它的研制和应用解决的核心问题之一就是保证耐久性。由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土，因此不但适用于高层和大跨度结构物，对于海洋和港口工程，其抗渗和耐腐蚀性能均大大优于普通混凝土。

　　3.5加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境作用条件。

　　3.6加强结构使用阶段的维护与检测，提高混凝土的耐久性。

　　四、结语

　　提高混凝土结构耐久性是一项系统工程，要从设计、选材与施工、维护各个环节着手，特别要以体现设计为前提、为龙头的指导思想改进我国桥梁防水、防腐结构设计。做好对桥梁进行病害防治和处理工作，以延长结构的使用寿命。