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摘要:目前,我國道路桥梁建设飞越发展,其设计施工有些已达到了国际先进水平。与发达国家相比,道路桥梁设计和施工水平相差无几,然而我国对于道路桥面管理,检测和养护水平还远远落后于发达国家。不少道路桥面因为管理和养护水平不到位导致事故频发,道路桥面的安全性和耐久性问题已经引起社会的广泛关注。其中混凝土道路桥面占了绝大部分,混凝土作为路桥的最外层直接承受荷载和雨水侵蚀,其耐久性是路桥建造的基础和重要方面。本文从结构设计的角度出发,简单地研究了混凝土道路桥面的耐久性措施
关键词:道路桥面 混凝土耐久性设计
中图分类号:U443.31文献标识码: A 文章编号:
道路桥面耐久性指的是道路桥面在自然环境、使用环境以及材料内部作用下在设计的使用期内,无须加固处理而能保持其安全、使用功能和外观要求的能力。影响道路桥面耐久性的因素很多,主要影响因素包括以下几点。
1、道路桥面上混凝土的碳化
碳化是混凝土劣化中较常发生的一种化学腐蚀现象。在浇筑混凝土道路桥面时,混凝土的碳化对道路桥面耐久性影响很大。影响混凝土道路桥面碳化的因素很多。第一主要是使用水泥的种类及其用量,骨料的级配和外加剂;第二是外部环境的影响,诸如温度、湿度以及外加剂的影响;第三是道路桥面施工过程中对于混凝土的搅拌时间、养护和振捣等。避免混凝土道路桥面的碳化可以采用以下措施:(1)选用与周围环境相适合的水泥品种;(2)选用抗酸性强的骨料;(3)合适的配合比和外加剂保证混凝土的密实性。
2、钢筋的锈蚀
在混凝土道路桥面施工过程中,钢筋的锈蚀也是影响混凝土道路桥面耐久性的重要原因。试验研究表明:钢筋的锈蚀对道路桥面结构的破坏分为三个阶段。第一个阶段钢筋的表面出现锈斑,不断扩散;第二个阶段,钢筋表面出现铁锈,钢筋产生膨胀;第三个阶段钢筋膨胀导致混凝土破坏,此时钢筋有效截面变形,承载力下降。影响道路桥面中钢筋锈蚀的主要有以下几个因素:(1)混凝土保护层过小;(2)环境条件差;(3)混凝土的碳化;(4)氯离子的影响。其中氯离子对跨海大桥和严寒冬季北方的道路桥面影响很大。
3、混凝土产生裂缝的现象
如果想更好地提高路桥结构的耐久性,就要防止和控制混凝土的裂缝,工作人员除了要严格按照工程的相关规范要求掌控正常使用极限状态的工作裂缝之外,更为重要的是要采取相应的构建措施,强化路桥构造配筋,防止和控制混凝土在施工以及使用过程中出现的非工作裂缝。
目前混凝土道路桥面的常规设计的思路主要有以下几个阶段
1、道路桥面的可行性研究。其主要研究确定混凝土道路桥面的主要参数,为道路桥面的初步设计奠定基础
2、道路桥面初步设计。通常利用常规分析方法对道路桥面进行初步设计,初步确定道路桥面的尺寸,配筋等
3、道路桥面的施工图设计。对于道路桥面的细部构造进行完善。确定钢筋面积。绘制具体施工图。
从《钢梁钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中可以发现,道路桥面的常规的设计方法未明确给出道路桥面结构耐久性具体进行说明和要求。根据耐久性设计思路和要求可以发现常规的道路桥面设计方法在以下几个方面缺少对道路桥面的耐久性进行说明:
(1)道路桥面在使用过程中耐久性能的退化主要是由于周围环境的影响。环境设计参数是道路桥面耐久性设计中重要的因素。
(2)道路桥面材料的力学性能退化过程。混凝土,钢筋在使用过程中力学性能会随着周围环境的影响而不断的退化。因此在道路桥面耐久性设计过程中对于材料合理的退化数学模型的选取很重要。
(3)道路桥面局部构件性能的变化必然会影响到道路桥面结构整体的性能。建立道路桥面结构整体性能的演化方程也是必要的。目前常规的道路桥面结构分析程序考虑材料的力学性能退化和截面改变在分析过程中是无法实现的,因此考虑局部构件的退化对于整体结构的影响也是无法实现的。所以需要专门编制计算程序进行计算。
(4)当道路桥面耐久性不足时,需要考虑对道路桥面进行加固。然而具体加固措施必然要和道路桥面耐久性退化程度相对应。这些措施对应结构影响的定量分析有待于解决。
所以,在道路桥面耐久性的设计方案上,要做到以下几点:
1、加强设计人员对规范指导和实践的重视
众所周知,每一个路桥工程都具备独特的个性,因此工作人员应该根据路桥的具体特性去进行设计、施工工作,尤其是设计人员应该更加重视规范的实践性和指导性,要竭尽全力保障路桥的整体质量,延长路桥的使用寿命。另外,在路桥工程方案设计和评审阶段,设计人员应该严格依据建设成本以及养护维修进行经济性评估,即要把工程从规划设计到生命周期结束这期间所有费用总和作为评估依据,而不是仅仅将建设成本作为评估依据。
2、完善路桥结构耐久性的结构设计
在环境、材料等相同的条件之下,工作人员应该进一步完善路桥结构中混凝土性能的设计,以此来降低正常维修费用,并能够延长路桥结构的使用寿命,比如增加混凝土保护层的厚度,延缓氯离子等因素对钢筋钝化膜的破坏。根据路桥工程的实际情况,适量地加大路桥结构的结构尺寸大小,以此来解决当配筋密度过密的时候,而造成的混凝土浇筑困难、骨料没有均匀分布、混凝土密实度变弱等问题。
由以上分析,综合实际工程经验,拟建立考虑耐久性道路桥面结构设计方法。考虑道路桥面耐久性设计方法主要分为以下几个步骤:第一可行性研究;第二初步和耐久性设计;第三施工图设计。其中可行性研究中包括两点:
第一、混凝土道路桥面的常规设计参数和环境设计参数。
第二、道路桥面设计使用寿命。在初步设计和耐久性设计中主要分为三个子步进行:
①利用常规设计软件对道路桥面进行结构设计确定道路桥面的主要结构尺寸,材料种类和配筋量。
②确定材料退化过程。对于道路桥面结构设计中得出的材料和环境条件确定合适的材料力学性能退化方程。利用得到的各个材料力学性能退化方程来确定对于结构整体力学性能的影响。预测结构的实际使用寿命。
③确定道路桥面的最终设计方案。通过②中得出的结构实际使用寿命与设计使用寿命进行对比。若实际使用寿命大于设计寿命,则可以拟降低成本重新确定方案,若小于则拟采用多种方式进行加固。使得加固后结构满足使用寿命内的耐久性。在施工图设计阶段。确定出道路桥面最终设计方案,确定道路桥面各个方面的细部构造,绘制出具体道路桥面施工图。
结语:道路桥面的耐久性对于道路桥面的安全运营起着决定的作用,关系到城市经济健康发展的重大问题。这使得我们必须要充分认识道路桥面当前面临的问题,如长期处于超负荷运行,超载超限客观存在,道路桥面的安全隐患较多。再者,路桥坍塌等毁灭性事故的频频发生,严重关系到人们的生命财产安全,路桥结构耐久性设计的重要地位因而愈发地突出需从各个方面提高道路桥面的耐久性。从目前我国道路桥面运行状况来看,对于道路桥面耐久性的研究更多只是作为一种概念受到关注,并未确定明确的使用年限。我国道路桥面很多路桥结构耐久性设计直接影响着路桥的使用寿命。由此希望路桥工程建设行业能够重视路桥结构耐久性设计,不断地提高路桥工程的整体质量,促进我国社会主义市场经济的全面发展。
参考文献:
[1] 黄义军,王伟钢筋混凝土桥梁耐久性的分析[J].北方交通,2009(6):120-123.
[2] JT G D 62- 200 4. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[ S ].
[3] 许俊德.浅述路桥结构耐久性设计[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(8).
[4] 金伟良 赵羽习.混凝土结构的耐久性[M] .北京:科学出版社,2002.
[5] 廖利梅.关于路桥结构耐久性设计的方法研究[J].城市建设理论研究(电子版),2011,(22).
关键词:道路桥面 混凝土耐久性设计
中图分类号:U443.31文献标识码: A 文章编号:
道路桥面耐久性指的是道路桥面在自然环境、使用环境以及材料内部作用下在设计的使用期内,无须加固处理而能保持其安全、使用功能和外观要求的能力。影响道路桥面耐久性的因素很多,主要影响因素包括以下几点。
1、道路桥面上混凝土的碳化
碳化是混凝土劣化中较常发生的一种化学腐蚀现象。在浇筑混凝土道路桥面时,混凝土的碳化对道路桥面耐久性影响很大。影响混凝土道路桥面碳化的因素很多。第一主要是使用水泥的种类及其用量,骨料的级配和外加剂;第二是外部环境的影响,诸如温度、湿度以及外加剂的影响;第三是道路桥面施工过程中对于混凝土的搅拌时间、养护和振捣等。避免混凝土道路桥面的碳化可以采用以下措施:(1)选用与周围环境相适合的水泥品种;(2)选用抗酸性强的骨料;(3)合适的配合比和外加剂保证混凝土的密实性。
2、钢筋的锈蚀
在混凝土道路桥面施工过程中,钢筋的锈蚀也是影响混凝土道路桥面耐久性的重要原因。试验研究表明:钢筋的锈蚀对道路桥面结构的破坏分为三个阶段。第一个阶段钢筋的表面出现锈斑,不断扩散;第二个阶段,钢筋表面出现铁锈,钢筋产生膨胀;第三个阶段钢筋膨胀导致混凝土破坏,此时钢筋有效截面变形,承载力下降。影响道路桥面中钢筋锈蚀的主要有以下几个因素:(1)混凝土保护层过小;(2)环境条件差;(3)混凝土的碳化;(4)氯离子的影响。其中氯离子对跨海大桥和严寒冬季北方的道路桥面影响很大。
3、混凝土产生裂缝的现象
如果想更好地提高路桥结构的耐久性,就要防止和控制混凝土的裂缝,工作人员除了要严格按照工程的相关规范要求掌控正常使用极限状态的工作裂缝之外,更为重要的是要采取相应的构建措施,强化路桥构造配筋,防止和控制混凝土在施工以及使用过程中出现的非工作裂缝。
目前混凝土道路桥面的常规设计的思路主要有以下几个阶段
1、道路桥面的可行性研究。其主要研究确定混凝土道路桥面的主要参数,为道路桥面的初步设计奠定基础
2、道路桥面初步设计。通常利用常规分析方法对道路桥面进行初步设计,初步确定道路桥面的尺寸,配筋等
3、道路桥面的施工图设计。对于道路桥面的细部构造进行完善。确定钢筋面积。绘制具体施工图。
从《钢梁钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中可以发现,道路桥面的常规的设计方法未明确给出道路桥面结构耐久性具体进行说明和要求。根据耐久性设计思路和要求可以发现常规的道路桥面设计方法在以下几个方面缺少对道路桥面的耐久性进行说明:
(1)道路桥面在使用过程中耐久性能的退化主要是由于周围环境的影响。环境设计参数是道路桥面耐久性设计中重要的因素。
(2)道路桥面材料的力学性能退化过程。混凝土,钢筋在使用过程中力学性能会随着周围环境的影响而不断的退化。因此在道路桥面耐久性设计过程中对于材料合理的退化数学模型的选取很重要。
(3)道路桥面局部构件性能的变化必然会影响到道路桥面结构整体的性能。建立道路桥面结构整体性能的演化方程也是必要的。目前常规的道路桥面结构分析程序考虑材料的力学性能退化和截面改变在分析过程中是无法实现的,因此考虑局部构件的退化对于整体结构的影响也是无法实现的。所以需要专门编制计算程序进行计算。
(4)当道路桥面耐久性不足时,需要考虑对道路桥面进行加固。然而具体加固措施必然要和道路桥面耐久性退化程度相对应。这些措施对应结构影响的定量分析有待于解决。
所以,在道路桥面耐久性的设计方案上,要做到以下几点:
1、加强设计人员对规范指导和实践的重视
众所周知,每一个路桥工程都具备独特的个性,因此工作人员应该根据路桥的具体特性去进行设计、施工工作,尤其是设计人员应该更加重视规范的实践性和指导性,要竭尽全力保障路桥的整体质量,延长路桥的使用寿命。另外,在路桥工程方案设计和评审阶段,设计人员应该严格依据建设成本以及养护维修进行经济性评估,即要把工程从规划设计到生命周期结束这期间所有费用总和作为评估依据,而不是仅仅将建设成本作为评估依据。
2、完善路桥结构耐久性的结构设计
在环境、材料等相同的条件之下,工作人员应该进一步完善路桥结构中混凝土性能的设计,以此来降低正常维修费用,并能够延长路桥结构的使用寿命,比如增加混凝土保护层的厚度,延缓氯离子等因素对钢筋钝化膜的破坏。根据路桥工程的实际情况,适量地加大路桥结构的结构尺寸大小,以此来解决当配筋密度过密的时候,而造成的混凝土浇筑困难、骨料没有均匀分布、混凝土密实度变弱等问题。
由以上分析,综合实际工程经验,拟建立考虑耐久性道路桥面结构设计方法。考虑道路桥面耐久性设计方法主要分为以下几个步骤:第一可行性研究;第二初步和耐久性设计;第三施工图设计。其中可行性研究中包括两点:
第一、混凝土道路桥面的常规设计参数和环境设计参数。
第二、道路桥面设计使用寿命。在初步设计和耐久性设计中主要分为三个子步进行:
①利用常规设计软件对道路桥面进行结构设计确定道路桥面的主要结构尺寸,材料种类和配筋量。
②确定材料退化过程。对于道路桥面结构设计中得出的材料和环境条件确定合适的材料力学性能退化方程。利用得到的各个材料力学性能退化方程来确定对于结构整体力学性能的影响。预测结构的实际使用寿命。
③确定道路桥面的最终设计方案。通过②中得出的结构实际使用寿命与设计使用寿命进行对比。若实际使用寿命大于设计寿命,则可以拟降低成本重新确定方案,若小于则拟采用多种方式进行加固。使得加固后结构满足使用寿命内的耐久性。在施工图设计阶段。确定出道路桥面最终设计方案,确定道路桥面各个方面的细部构造,绘制出具体道路桥面施工图。
结语:道路桥面的耐久性对于道路桥面的安全运营起着决定的作用,关系到城市经济健康发展的重大问题。这使得我们必须要充分认识道路桥面当前面临的问题,如长期处于超负荷运行,超载超限客观存在,道路桥面的安全隐患较多。再者,路桥坍塌等毁灭性事故的频频发生,严重关系到人们的生命财产安全,路桥结构耐久性设计的重要地位因而愈发地突出需从各个方面提高道路桥面的耐久性。从目前我国道路桥面运行状况来看,对于道路桥面耐久性的研究更多只是作为一种概念受到关注,并未确定明确的使用年限。我国道路桥面很多路桥结构耐久性设计直接影响着路桥的使用寿命。由此希望路桥工程建设行业能够重视路桥结构耐久性设计,不断地提高路桥工程的整体质量,促进我国社会主义市场经济的全面发展。
参考文献:
[1] 黄义军,王伟钢筋混凝土桥梁耐久性的分析[J].北方交通,2009(6):120-123.
[2] JT G D 62- 200 4. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[ S ].
[3] 许俊德.浅述路桥结构耐久性设计[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(8).
[4] 金伟良 赵羽习.混凝土结构的耐久性[M] .北京:科学出版社,2002.
[5] 廖利梅.关于路桥结构耐久性设计的方法研究[J].城市建设理论研究(电子版),2011,(22).