淺析橋梁耐久性研究
2011-09-07 來源：中國百科網(wǎng)
一、引言
所謂耐久性,有兩種理解,一是理論耐久性,二是實際耐久性。理論耐久性按《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術規(guī)范》解釋是指“結(jié)構(gòu)在預期作用和預定的維護條件,能在規(guī)定期限內(nèi)維持其設計性能要求的能力”;實際耐久性是指結(jié)構(gòu)對氣候作用、化學侵蝕、物理作用或任何破壞過程的抵抗能力。一般來講,在正常設計（滿足強度、剛度、穩(wěn)定性和使用功能等要求）、正常施工（嚴格依照規(guī)范和設計進行）、正常使用（規(guī)定荷載等）和正常養(yǎng)護（不使用化冰鹽）的條件下,橋梁理論耐久性是有保障的。然而暴露在野外環(huán)境的橋梁,受到各種水侵腐蝕、凍融破壞、正常和非正常荷載的作用,加之設計、施工的不當,其生存時間很難同我們想象的設計壽命掛鉤,其實際耐久性遠遠小于理論耐久性。
二、橋梁耐久性差的原因
（1）混凝土不密實或有裂縫
這往往是造成鋼筋銹蝕的主要原因。尤其當水泥用量不當和澆搗不良,或者在混凝土澆注中產(chǎn)生漏筋、蜂窩、麻面等缺陷,或者造成干縮或溫差開裂、受到過載開裂、意外沖撞破損等等,使鋼筋直接暴露在環(huán)境中,失去了混凝土的保護,都給水（汽）、氧和其他侵蝕介質(zhì)的滲透創(chuàng)造了有利條件,多種侵蝕介質(zhì)容易達到鋼筋表面,從而加速鋼筋的銹蝕。
（2）設計理論和結(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，在橋梁設計領域，特別是關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。不少橋梁、雖然滿足了設計規(guī)范的強度要求，僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題，設計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)耐久性。
不同的環(huán)境和使用條件、不同的設計對象都會對結(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、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)設計除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設計人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認識、豐富的經(jīng)驗和準確的判斷。
三、提高橋梁耐久性對策
（1）提高混凝土密實度，采取措施,控制混凝土有害裂縫。
提高混凝土密實度。模板質(zhì)量要好,支撐牢固,混凝土不跑漿;混凝土振搗要到位,避免出現(xiàn)蜂窩、孔洞;摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰,改變混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu),提高混凝土密實度,同時增加對氯離子擴散的阻力。采取措施,控制混凝土有害裂縫。一是防止混凝土堿集料反應引起混凝土裂縫,比如選擇含堿量低的水泥（≯0.6%）,不使用堿活性的集料,不使用含堿或含堿量低的化學外加劑等;二是防止集料膨脹反應引起的混凝土開裂,對集料生產(chǎn)、運輸、堆放及攪拌等工序進行科學管理,防止將含氧化鎂或硫酸鹽的膨脹集料或生石灰碎塊混入集料中;三是防止因溫度變化引起混凝土開裂,合理設置、安裝橋梁伸縮縫與支座,加強橋梁養(yǎng)護,及時清理伸縮縫中雜物;四是盡量采用預應力結(jié)構(gòu);五是應用設計允許的最小水泥用量和能滿足和易性要求的最小用水量,不要用過大的坍落度,均勻澆筑混凝土,并及時對混凝土進行養(yǎng)護,施工現(xiàn)場的材料堆放要合理,避免施工超載。
（2）混凝土的設計應考慮耐久的要求
混凝土配比的設計配合比設計在滿足混凝土強度,工作性的同時應考慮盡量減少水泥用量和用水量,降低水化熱,減少收縮裂縫,提高密實度,采用合理的減水劑和引氣劑,改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),摻入足量的混合料,提高混凝土耐久性能.
結(jié)構(gòu)構(gòu)件應按其使用環(huán)境設計相應的混凝土保護層厚度,預防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋.結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造設計也應考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力.結(jié)構(gòu)設計尚應控制混凝土的裂縫的開裂寬度.
（3）混凝土工程施工應考慮結(jié)構(gòu)耐久性
混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法,裹砂法,裹砂石法等工藝,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土強度,減少用水量;大體積混凝土的澆筑振搗應控制混凝土的溫度裂縫,收縮裂縫,施工裂縫,建立混凝土的澆筑振搗制度,提高混凝土密實度和抗?jié)B性,重視混凝土振搗后的表面工序,并加強養(yǎng)護,以減少混凝土裂縫.混凝土的施工過程對控制構(gòu)件外觀裂縫,施工裂縫至關重要,應加強施工質(zhì)量管理,特殊季節(jié)施工的混凝土結(jié)構(gòu),尚應采取特殊措施.
四、以后需要改進和努力的方向
（1）應該更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題
橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境、有害化學物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領域，國內(nèi)從上世紀80年代以來，修建了大量的斜拉橋；雖然迄今為止出現(xiàn)倒塌或嚴重損害的例子很少，但已經(jīng)有多座橋梁因為拉索的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟損失。
國內(nèi)從上世紀90年代開始重視了對結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計分析的角度進行的，對如何從結(jié)構(gòu)和設計的角度及如何以設計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計算方法的研究，卻忽視了對總體構(gòu)造和細節(jié)處理方面的關注。結(jié)構(gòu)的耐久性設計與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設計有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。
