论文部分内容阅读
【摘 要】 桥梁设计有鉴于耐久性不足导致的严重损失，近年来十分重视提高结构物的耐久性并将其作为重要的设计原则，统一考虑合理的结构布局和构造细节，强调使结构易于检查、维修，以保证桥梁的安全使用、尽可能地减少维修费用，取得了较好的综合经济效益。实际上，国内外的研究和实践都表明，结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。
【关键词】 桥梁；耐久性；设计
引言：
桥梁工程设计基准期长，其寿命周期与耐久性密切相关。在桥梁工程的整个设计阶段，“耐久性设计”应作为头等大事来抓，首先应从总体思路上把握好“耐久性概念设计”，然后从桥梁结构选型、材料选用、构造细节等多诸方面展开设计，并结合桥梁施工及后期养护来优化设计，以期确保桥梁达到预期的使用寿命。
一、桥梁耐久性设计的几个原则
1、力线平滑、应力均匀流畅的原则
对于杆系结构，要求结构应力均匀流畅。应力均匀流畅包括杆件横截面内应力均匀，沿杆件长度方向内力均匀及结点、边界处应力均匀。只有结构应力均匀，才能较好地发挥材料的强度，取得好的经济效益。
大跨度桥梁构造复杂，结构构造体系的合理与否直接影响结构受力性能和耐久性能。对于结构几何或力学不连续部位（如主梁截面突变部位、集中荷载作用点附近的区域、弯折部分、开口或缺口等不连续区域）应力分布复杂，钢筋位置和数量很难确定，是结构耐久性的薄弱部位，往往最容易产生病害。在结构设计时要保证力的传递路线明确、简洁、平滑，尽量避免突变。
2、整体性、连续性和冗余性原则
合理的结构整体性好，构件体形变化平顺。这不仅是美观的要求，而且构件体形变化平顺、结点处或边界处过渡平滑、结构整体性强是力流平顺的必要条件，同时，也可提高结构的承载能力和刚度。良好的整体性和冗余性可以保证桥梁在运营状态具有良好的使用性能及对局部损伤和破坏具有适当的抵抗能力，这些特点有利于结构抵抗诸如超载、地震等荷载。
3、可检性、可修性和可替换性原则
桥梁整体结构的寿命和结构各个部件的寿命是不等的，如橡胶支座的寿命一般在20年左右，钢拉索的寿命约10年～50年，钢结构油漆保护寿命约在20年左右，因而对这些寿命期低于结构寿命期的部件必须做到可检查、可维修、可更换。
4、结构体系防水的原则
防止桥面雨水等对主梁和墩台的侵蚀是减少桥梁病害和保证桥梁耐久性的基本要求之一，良好的构造措施是实现这一要求的根本。特别是对于我国北方利用撒盐进行桥面除冰的地区，应特别注意在桥梁设计中处理好防水、隔水的问题，以阻止可能引起钢筋严重锈蚀的盐水的侵袭。
二、桥梁结构耐久性设计现状
1、设计理论和结构构造体系不够完善
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、构件及连接的设计，并采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、施工及使用全过程中经常出现的人为因素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，从而严重影响结构的安全性。不少桥梁设计虽然满足设计规范的规定的强度要求，但仅使用了短暂时间后就因为耐久性不足而出现影响结构安全的病害。可见结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，因此设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。
2、施工和管理水平低
在我国由于部分不良施工单位偷工减料导致施工质量不过关，大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，就出现了影响结构正常使用功能的病害与劣化；特别是一些桥梁结构在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，通常都施工质量低下有重要关系，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，其中材料强度不足和施工工艺不合格等，所造成的后果将是非常严重的。
3、混凝土材料质量控制不严格
混凝土材料的组成以及混凝土材料中有害成分的含量是影响混凝土耐久性优劣的一个重要方面。
例如，在以前对结构耐久性认识还不是很充分的时期，为了缩短施工周期、加快施工进度，在混凝土中添加大量的氯盐早强剂，结果导致钢筋混凝土结构中钢筋非正常的严重锈蚀。再如，在硫酸盐环境中，不使用抗硫酸盐水泥，而使用普通的硅酸盐混凝土材料且不控制较小的混凝土水灰比，导致硫酸盐很容易地渗入混凝土内部，与硅酸盐水泥成分产生化学反应，反应产物体积膨胀，导致混凝土粉碎性破坏等。这些都是以前对混凝土结构耐久性认识不足局而付出的沉重代价。
三、桥梁工程耐久性设计策略
1、建立桥梁工程“耐久性概念设计”的思想
桥梁工程“耐久性概念设计”是从概念上特别是总体上考虑桥梁的耐久性问题，建立起桥梁工程设计“耐久性”的设计理念，正确地处理好桥梁的总体方案、材料使用、构造细节等问题，并在具体设计中贯彻执行。首先，需要认识到桥梁经过设计、建造并进入使用的过程中，会受到周围环境的影响（包括车辆负载、自然灾害以及人為因素等），而且桥梁建设中所采用的材料性能也会不断地退化，最终桥梁各部分结构将会造成不同程度的损毁。只有对桥梁耐久性问题有了正确的认识，才能在设计时融入耐久性意识。其次从桥梁结构规划、设计、建设、运营、管理和养护各个环节来寻求恰当的方法和措施来满足桥梁结构全生命周期内的总体性能最优。最后在实际设计过程中坚持和始终贯彻耐久性和全生命周期设计理念。 2、在结构选型方面重视耐久性
从桥梁结构选型上来讲，应该选择结构整体性好，受力明确、施工工艺成熟、易于养护的桥型结构，避免选择太过复杂的结构型式。例如连续梁桥、连续刚构桥及连续刚构组合体系桥等都是理想的结构型式。从结构构件尺寸来讲，在进行结构设计时，一些设计人员为了减轻结构自重，降低工程造价，往往采用较小的截面尺寸，在相同荷载作用下，截面配筋比较密，给混凝土的浇筑造成困难，使骨料分布不均匀，密实度下降，进而影响混凝土结构的耐久性。所以进行结构设计时，结构构件不宜过于纤细。
3、加强重视疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受外力大部分是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力及应变，引起结构的累积疲劳损伤。桥梁所采用的材料本身就不是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷逐渐发展扩大形成损伤。如在运营时得不到有效控制，会引起材料结构的脆性断裂，带来和后果往往是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅对整个结构而言，事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构失效。近年来，疲劳损伤的研究虽然进入混凝土结构，但对于使用后期受腐蚀的钢筋构件中的动态性能和疲劳性的研究还需要加强。
4、在结构局部使用防腐材料
目前我国大量地修建16～25m的多跨现浇连续钢筋混凝土箱梁结构的桥梁，由于普通钢筋混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构，因而在负弯矩区总会出现负弯矩裂缝，鉴于负弯矩区裂缝是一种向上开口的“V”形裂缝，桥面水容易渗入，遭受长期浸蚀后，负弯矩钢筋的锈蚀问题是应予以重视的问题。近年来，由国外引进的环氧树脂涂层钢筋已在国内生产，应用于一般钢筋混凝土负弯矩区的钢筋中，这对保证结构的耐久性无疑是很好的事情。再如，英、美等国的调查均发现锚头区有钢丝锈蚀问题，甚至发生过桥梁倒塌事故，因而张拉结束后立即用环氧树脂砂浆封堵锚头可有效防锈。
四、结束语
总而言之，保證桥梁设计结构耐久性是关系国计民生的大事，在构建社会主义和谐社会的今天，我们只有从实际出发，借鉴国外成功的经验和做法，从桥梁构造的角度、结构体系和设计理念做好耐久性设计。
参考文献：
[1]彭栋木，冯建华.桥梁结构耐久性设计[J].深圳土木与建筑，2011，（2）.
[2]李青云.桥梁设计中耐久性的几点思考[J].中国新技术新产品，2010，（18）.
[3]杨珑.提高腐蚀环境下混凝土结构耐久性的措施[J].中国铁路，2010，（10）.
【关键词】 桥梁；耐久性；设计
引言：
桥梁工程设计基准期长，其寿命周期与耐久性密切相关。在桥梁工程的整个设计阶段，“耐久性设计”应作为头等大事来抓，首先应从总体思路上把握好“耐久性概念设计”，然后从桥梁结构选型、材料选用、构造细节等多诸方面展开设计，并结合桥梁施工及后期养护来优化设计，以期确保桥梁达到预期的使用寿命。
一、桥梁耐久性设计的几个原则
1、力线平滑、应力均匀流畅的原则
对于杆系结构，要求结构应力均匀流畅。应力均匀流畅包括杆件横截面内应力均匀，沿杆件长度方向内力均匀及结点、边界处应力均匀。只有结构应力均匀，才能较好地发挥材料的强度，取得好的经济效益。
大跨度桥梁构造复杂，结构构造体系的合理与否直接影响结构受力性能和耐久性能。对于结构几何或力学不连续部位（如主梁截面突变部位、集中荷载作用点附近的区域、弯折部分、开口或缺口等不连续区域）应力分布复杂，钢筋位置和数量很难确定，是结构耐久性的薄弱部位，往往最容易产生病害。在结构设计时要保证力的传递路线明确、简洁、平滑，尽量避免突变。
2、整体性、连续性和冗余性原则
合理的结构整体性好，构件体形变化平顺。这不仅是美观的要求，而且构件体形变化平顺、结点处或边界处过渡平滑、结构整体性强是力流平顺的必要条件，同时，也可提高结构的承载能力和刚度。良好的整体性和冗余性可以保证桥梁在运营状态具有良好的使用性能及对局部损伤和破坏具有适当的抵抗能力，这些特点有利于结构抵抗诸如超载、地震等荷载。
3、可检性、可修性和可替换性原则
桥梁整体结构的寿命和结构各个部件的寿命是不等的，如橡胶支座的寿命一般在20年左右，钢拉索的寿命约10年～50年，钢结构油漆保护寿命约在20年左右，因而对这些寿命期低于结构寿命期的部件必须做到可检查、可维修、可更换。
4、结构体系防水的原则
防止桥面雨水等对主梁和墩台的侵蚀是减少桥梁病害和保证桥梁耐久性的基本要求之一，良好的构造措施是实现这一要求的根本。特别是对于我国北方利用撒盐进行桥面除冰的地区，应特别注意在桥梁设计中处理好防水、隔水的问题，以阻止可能引起钢筋严重锈蚀的盐水的侵袭。
二、桥梁结构耐久性设计现状
1、设计理论和结构构造体系不够完善
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、构件及连接的设计，并采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、施工及使用全过程中经常出现的人为因素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，从而严重影响结构的安全性。不少桥梁设计虽然满足设计规范的规定的强度要求，但仅使用了短暂时间后就因为耐久性不足而出现影响结构安全的病害。可见结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，因此设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。
2、施工和管理水平低
在我国由于部分不良施工单位偷工减料导致施工质量不过关，大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，就出现了影响结构正常使用功能的病害与劣化；特别是一些桥梁结构在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，通常都施工质量低下有重要关系，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，其中材料强度不足和施工工艺不合格等，所造成的后果将是非常严重的。
3、混凝土材料质量控制不严格
混凝土材料的组成以及混凝土材料中有害成分的含量是影响混凝土耐久性优劣的一个重要方面。
例如，在以前对结构耐久性认识还不是很充分的时期，为了缩短施工周期、加快施工进度，在混凝土中添加大量的氯盐早强剂，结果导致钢筋混凝土结构中钢筋非正常的严重锈蚀。再如，在硫酸盐环境中，不使用抗硫酸盐水泥，而使用普通的硅酸盐混凝土材料且不控制较小的混凝土水灰比，导致硫酸盐很容易地渗入混凝土内部，与硅酸盐水泥成分产生化学反应，反应产物体积膨胀，导致混凝土粉碎性破坏等。这些都是以前对混凝土结构耐久性认识不足局而付出的沉重代价。
三、桥梁工程耐久性设计策略
1、建立桥梁工程“耐久性概念设计”的思想
桥梁工程“耐久性概念设计”是从概念上特别是总体上考虑桥梁的耐久性问题，建立起桥梁工程设计“耐久性”的设计理念，正确地处理好桥梁的总体方案、材料使用、构造细节等问题，并在具体设计中贯彻执行。首先，需要认识到桥梁经过设计、建造并进入使用的过程中，会受到周围环境的影响（包括车辆负载、自然灾害以及人為因素等），而且桥梁建设中所采用的材料性能也会不断地退化，最终桥梁各部分结构将会造成不同程度的损毁。只有对桥梁耐久性问题有了正确的认识，才能在设计时融入耐久性意识。其次从桥梁结构规划、设计、建设、运营、管理和养护各个环节来寻求恰当的方法和措施来满足桥梁结构全生命周期内的总体性能最优。最后在实际设计过程中坚持和始终贯彻耐久性和全生命周期设计理念。 2、在结构选型方面重视耐久性
从桥梁结构选型上来讲，应该选择结构整体性好，受力明确、施工工艺成熟、易于养护的桥型结构，避免选择太过复杂的结构型式。例如连续梁桥、连续刚构桥及连续刚构组合体系桥等都是理想的结构型式。从结构构件尺寸来讲，在进行结构设计时，一些设计人员为了减轻结构自重，降低工程造价，往往采用较小的截面尺寸，在相同荷载作用下，截面配筋比较密，给混凝土的浇筑造成困难，使骨料分布不均匀，密实度下降，进而影响混凝土结构的耐久性。所以进行结构设计时，结构构件不宜过于纤细。
3、加强重视疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受外力大部分是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力及应变，引起结构的累积疲劳损伤。桥梁所采用的材料本身就不是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷逐渐发展扩大形成损伤。如在运营时得不到有效控制，会引起材料结构的脆性断裂，带来和后果往往是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅对整个结构而言，事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构失效。近年来，疲劳损伤的研究虽然进入混凝土结构，但对于使用后期受腐蚀的钢筋构件中的动态性能和疲劳性的研究还需要加强。
4、在结构局部使用防腐材料
目前我国大量地修建16～25m的多跨现浇连续钢筋混凝土箱梁结构的桥梁，由于普通钢筋混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构，因而在负弯矩区总会出现负弯矩裂缝，鉴于负弯矩区裂缝是一种向上开口的“V”形裂缝，桥面水容易渗入，遭受长期浸蚀后，负弯矩钢筋的锈蚀问题是应予以重视的问题。近年来，由国外引进的环氧树脂涂层钢筋已在国内生产，应用于一般钢筋混凝土负弯矩区的钢筋中，这对保证结构的耐久性无疑是很好的事情。再如，英、美等国的调查均发现锚头区有钢丝锈蚀问题，甚至发生过桥梁倒塌事故，因而张拉结束后立即用环氧树脂砂浆封堵锚头可有效防锈。
四、结束语
总而言之，保證桥梁设计结构耐久性是关系国计民生的大事，在构建社会主义和谐社会的今天，我们只有从实际出发，借鉴国外成功的经验和做法，从桥梁构造的角度、结构体系和设计理念做好耐久性设计。
参考文献：
[1]彭栋木，冯建华.桥梁结构耐久性设计[J].深圳土木与建筑，2011，（2）.
[2]李青云.桥梁设计中耐久性的几点思考[J].中国新技术新产品，2010，（18）.
[3]杨珑.提高腐蚀环境下混凝土结构耐久性的措施[J].中国铁路，2010，（10）.