混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究現(xiàn)狀淺析
2016-12-05
1 前言
由于橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能下降包括耐久性下降、受力性能降低、應(yīng)力損傷等一系列問(wèn)題，單從一方面進(jìn)行研究無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目的。在這種情況下，集提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和改善橋梁結(jié)構(gòu)受力性能于一體的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造的研究就提到重要的議事日程，國(guó)內(nèi)外一些專家和學(xué)者也己開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究工作。
2 國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)構(gòu)造作用研究
結(jié)構(gòu)構(gòu)造是指結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分之間的布置方式，具體到混凝土橋梁及其他混凝土結(jié)構(gòu)，則是指混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成形式及構(gòu)件的截面形式、鋼筋的布置形式、保護(hù)層厚度等。結(jié)構(gòu)構(gòu)造的作用，主要表現(xiàn)在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提高和受力性能改善等方面。
在人們的普遍觀點(diǎn)中，耐久性主要是指材料的耐久性，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，耐久性主要是研究鋼筋的銹蝕和混凝土的劣化。張譽(yù)等指出影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素包括設(shè)計(jì)構(gòu)造、材料質(zhì)量、施工質(zhì)量和外界環(huán)境條件4個(gè)方面，并將設(shè)計(jì)構(gòu)造的原因排在第一位。陳肇元院士則將構(gòu)造措施和材料選取、施工要求等并列為耐久性設(shè)計(jì)的主要考慮因素，在構(gòu)造措施中提到了防水層設(shè)置、保護(hù)層厚度、配置構(gòu)造鋼筋、伸縮縫、施工縫的防護(hù)等。
在橋梁結(jié)構(gòu)受力性能方面，人們?cè)跇蛄涸O(shè)計(jì)中一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，結(jié)構(gòu)計(jì)算方法主要針對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)體系，而忽視對(duì)構(gòu)造方面的關(guān)注。實(shí)際上，由于計(jì)算模式和計(jì)算理論自身存在的缺陷，導(dǎo)致了一些計(jì)算上有保障而實(shí)際上存在隱患的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。特別是在橋梁的設(shè)計(jì)方面，許多設(shè)計(jì)人員往往只追求滿足規(guī)范對(duì)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)造等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。因此，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和適宜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可以通過(guò)保證橋梁成橋時(shí)的先天性能來(lái)保證橋梁后期的耐久性。
3 國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究
由于長(zhǎng)期以來(lái)混凝土橋梁的設(shè)計(jì)主要是基于強(qiáng)度理論的結(jié)構(gòu)體系方面的設(shè)計(jì)，而對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面考慮的較少，造成許多混凝土橋梁由于構(gòu)造方面的原因?qū)е履途眯曰蚴芰π阅芟陆怠＝Y(jié)合混凝土橋梁由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)置不合適導(dǎo)致的病害，國(guó)內(nèi)外專家也進(jìn)行了相關(guān)的研究。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)造主要包括混凝土保護(hù)層厚度、橋梁橫向連接構(gòu)造、橋面板構(gòu)造、防排水構(gòu)造以及可檢修可更換構(gòu)造等方面，下面就分別進(jìn)行論述。
3.1 橋梁防排水構(gòu)造
l)病害特征
水是造成混凝土橋梁耐久性問(wèn)題的最關(guān)鍵的因素，由于過(guò)去沒(méi)有對(duì)橋梁防排水進(jìn)行足夠的重視，造成許多防排水構(gòu)造設(shè)置的不合理，導(dǎo)致防水未能有效防住、排水又沒(méi)完全排出的現(xiàn)象，從而造成混凝土橋梁的一系列病害。比如有的排水管設(shè)置位置不合適，水直接排到了蓋梁上;有的泄水管與混凝土之間密封性不好，水順著泄水管外側(cè)滲到翼板底部;有的伸縮縫部位防水措施不到位，水順著伸縮縫部位流下;還有的伸縮縫端部未有排水設(shè)施，造成水沿伸縮縫端部的翼板流下。這樣不但影響橋梁的美觀，而且隨著時(shí)間的增加，這些部位的混凝土就會(huì)腐蝕，混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕會(huì)加快。
2)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外一些專家對(duì)橋梁的防排水構(gòu)造進(jìn)行了一些研究，但內(nèi)容多為橋梁防水層的研究，包括防水層構(gòu)造、材料、粘結(jié)能力以及抗剪性能等。毋庸贅言，橋面防水層是混凝土橋梁結(jié)構(gòu)防水最重要的構(gòu)造措施，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研結(jié)果看，由于人們對(duì)防水層的重視程度較高，而忽略了其他防水設(shè)施的作用，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的防排水問(wèn)題往往是由其他防水設(shè)施設(shè)置不合理造成的。國(guó)內(nèi)外專家也提出了一些其他防水構(gòu)造措施的重要性，并提出了橋梁防水系統(tǒng)的概念，但研究成果較少，而且未形成一定的系統(tǒng)，所以應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究。
3.2 鉸接板橋鉸縫構(gòu)造
l)病害特征
鉸縫作為鉸接板式橋橫向連接的主要構(gòu)造形式，經(jīng)歷了一個(gè)由淺到深的發(fā)展過(guò)程。近年來(lái)鉸縫構(gòu)造主要采用深鉸縫的構(gòu)造形式，深鉸縫不但傳遞板梁間的豎向剪力，還傳遞板梁間的橫向彎矩，因此會(huì)使板梁結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能發(fā)生相應(yīng)的改變，導(dǎo)致板梁底部出現(xiàn)縱向通縫。同時(shí)鉸縫內(nèi)部的受力性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，特別是在車輛荷載的反復(fù)作用下，鉸縫內(nèi)部的應(yīng)力及其發(fā)展規(guī)律變得更加復(fù)雜。
2)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外專家在板梁鉸縫方面進(jìn)行的研究相對(duì)較少，且研究主要局限在鉸縫出現(xiàn)裂縫和破壞等具體的問(wèn)題，并未對(duì)混凝土鉸接板鉸縫在荷載作用下的應(yīng)力狀況進(jìn)行較系統(tǒng)的分析，特別是未涉及到鉸縫研究的一些關(guān)鍵性問(wèn)題。這些問(wèn)題包括:①鉸縫內(nèi)的豎向剪應(yīng)力和橫向拉應(yīng)力對(duì)鉸縫破壞各有什么影響，僅用豎向抗剪強(qiáng)度理論作為鉸縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度理論是否合適;②鉸縫破壞是否是因?yàn)檐囕v荷載的反復(fù)作用造成的鉸縫內(nèi)混凝土豎向剪力疲勞破壞;③鉸縫內(nèi)部詳細(xì)的應(yīng)力分布到底是什么狀況，改變鉸縫構(gòu)造尺寸后鉸縫內(nèi)部的應(yīng)力分布及應(yīng)力值會(huì)發(fā)生怎樣的變化。而這些問(wèn)題對(duì)鉸縫研究來(lái)說(shuō)才是最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的。
3.3 截面配筋構(gòu)造
l)病害特征
配筋構(gòu)造包括鋼筋的配筋率、鋼筋直徑和鋼筋間距等方面，而截面構(gòu)造則包括截面的尺寸，截面內(nèi)鋼筋的布置位置等，由于以前橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的鋼筋僅按混凝土橋梁的強(qiáng)度理論進(jìn)行主筋配置，而忽視箍筋和構(gòu)造鋼筋的配置，導(dǎo)致了一些問(wèn)題的出現(xiàn)。比如有些鋼筋混凝土梁的箍筋和構(gòu)造鋼筋的配置不足。雖然也滿足規(guī)范要求，但在車輛荷載的作用下，容易在梁端部引起混凝土剪切裂縫、跨中的拉裂縫。另有一些板式橋剛度不足，主要是因?yàn)榘宓母叨容^小，當(dāng)車流量和車輛荷載超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，就會(huì)引起較大的振動(dòng)和撓度，使板梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋和疲勞損傷，降低橋梁的耐久性。
2)研究現(xiàn)狀
對(duì)于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋配置，規(guī)范對(duì)其最小配筋率、鋼筋直徑及鋼筋間距做了相關(guān)的規(guī)定，但仍不夠全面。以T梁肋板的縱向構(gòu)造鋼筋為例，周獻(xiàn)祥認(rèn)為，縱向構(gòu)造鋼筋僅僅對(duì)梁肋板兩個(gè)側(cè)面的一個(gè)混凝土窄條產(chǎn)生影響，而與肋板寬度無(wú)關(guān)，以肋板截面面積來(lái)定義構(gòu)造鋼筋的配筋率是不合適的。王鐵夢(mèng)也提出構(gòu)造鋼筋配置的細(xì)和密的原則。總體來(lái)講這方面研究較少。
3.4 橋梁支座構(gòu)造
1）病害特征
支座是影響混凝土橋梁安全性與耐久性的重要構(gòu)造措施，但也未能引起足夠的重視。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有的橋梁支座安放位置不精確，有的鋼墊板位置偏移，有的橋梁存在著支座懸空的現(xiàn)象。支座普遍沒(méi)有防塵罩和防水設(shè)施，若伸縮縫或鉸縫處漏水，很容易引起鋼墊板的銹蝕。部分支座老化損壞較嚴(yán)重，在超載車輛的作用下，有的支座被壓壞。支座附近沒(méi)有更換支座的空間。
2）研究現(xiàn)狀
關(guān)于橋梁支座的研究主要分為兩個(gè)方面，一方面是關(guān)于橋梁支座作用及應(yīng)用的研究，這部分內(nèi)容主要研究了支座的作用、支座抗震性能研究以及支座剛度和轉(zhuǎn)角對(duì)其作用的影響等，另一方面是關(guān)于支座病害及其處理方法的研究，主要涉及到支座的一些常見(jiàn)病害和支座的更換方法等，但未有從構(gòu)造措施和日常養(yǎng)護(hù)方面增強(qiáng)支座耐久性的研究。
4 研究存在的問(wèn)題總結(jié)
由以上關(guān)于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合適引起的問(wèn)題及研究概況可以看出，我國(guó)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造的研究主要存在以下方面的問(wèn)題與不足:
?。?）對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究不夠系統(tǒng)。
?。?）對(duì)在役混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造合理性尚欠缺有效甄別方法。
?。?）對(duì)混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造合理性的研究還不夠充分。
?。?）沒(méi)有可依據(jù)的統(tǒng)一的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)原則和方法。
?。?）沒(méi)有形成強(qiáng)制實(shí)施的公路混凝土橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范性條文。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳海軍.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2006
[2]穆祥純.城市道路與橋梁防水技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2004，4:2-16
[3]葉愛(ài)君，胡世德，范立礎(chǔ).橋梁支座抗震性能的模擬分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29(1):6-9
[4]唐先習(xí)，徐岳，姚曉飛.混凝土橋梁合理耐用結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究方法淺析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010，40(52):722-725
作者簡(jiǎn)介：薛英枝，女，（1976-12），漢族，工作單位：內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。
