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摘要：分析了桥梁耐久性设计的重要性及设计中需考虑的汽车超载问题，阐述了工程实际设计中耐久性的注意事项。
关键词：桥梁；耐久性；设计
1、概述
近年来，公路桥梁在运营的过程中不断出现垮塌，直接影响公路的运营安全，给公路行业造成了极其恶劣的影响。但在众多垮塌的桥梁中，通过验算一般是能够满足设计规范的强度要求的，多为在使用了10～15年后因为结构的耐久性出了问题而影响结构安全。
通过几个实际项目的设计，我们对桥涵的原材料控制、外加剂使用及配合比制作等方面就耐久性做了详细的设计。运营后经过分析对比，桥梁耐久性取得了明显的效果。
2、耐久性设计的重要性
桥梁在建造和使用过程中，经常会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。
结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题。大量的病害实例也证明，除了施工和材料方面的原因，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上（也即设计上）的缺陷，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设计。
结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别，设计过程中应把重视和提高结构物的耐久性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。
3、耐久性设计中需考虑的超载问题
桥梁的超载问题在近年来随着汽车轴载日益加重变得尤为突出。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。例如，混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下，可能发生开裂；裂缝即使在荷载卸除后能够闭合，但由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂弯距降低、刚度下降；于是在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响。因此，在设计阶段应充分考虑超载因素：
（1）根据国情实际情况全面合理的评估结构在使用过程中可能出现的承载情况，在可能的范围和程度下尽量提高结构承载能力冗余度。
（2）重要的桥梁结构物，应在设计阶段充分考虑其当前和今后发展的适应性，有条件时可提高规划标准或等级，适度“超前设计”。
4、桥梁耐久性设计注意事项分析
设计中考虑的桥梁使用过程中结构耐久性的影响因素有水分、冰冻、空气污染、除冰盐水等环境作用及车辆的疲劳荷载、振动和磨损等力学作用，力学作用对桥梁耐久性影响通过结构设计计算来解决，环境作用对桥梁耐久性影响通过原材料及其配合比的选择、结构构造设计等来解决。为保证混凝土质量、控制裂缝和提高耐久性，施工中所用的混凝土材料必须符合有关规范的要求，设计提出以下要求：
（1）水泥。尽量采用水化热较低的水泥，控制水泥细度及C2S 含量。增加细度及C2S含量，可以产生较高的早期强度，但同时存在着水化热较大、导致自身收缩加大的问题，而且早期弹模大，在温度及收缩作用下，造成严重的早期开裂，因此建议采用低细度及C2S含量低的水泥。采用低碱含量的水泥，碱含量应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50）的要求。采用42.5号及其以上的硅酸盐水泥，不采用超量掺有火山灰或粉煤灰的硅酸盐水泥。
（2）粉煤灰等矿物掺合料。粉煤灰是配置耐久性混凝土的重要组分，应适当掺加粉煤灰等矿物掺合料，掺合料应符合《公路桥涵施工技术规范》》（JTG/T F50）的有关规定。
（3）骨料。骨料应洁净、质地坚固、级配合格、粒径形状好。粗骨料堆积密度大于1500Kg/ m3，即空隙率不超过40%，C40及以上混凝土所选粗骨料压碎值应不大于12%，C40以下混凝土要求压碎值不大于13%，吸水率不大于1%，不宜采用有潜在活性物质的粗骨料。粗骨料的最大公称粒径不宜超过保护层厚度的2/3，且不超过钢筋最小净距的3/4。使用高强度C50混凝土时，最大公称粒径不应大于25mm。粗细骨料组成应按连续密实级配要求，确定组成比例，以单位体积容重最大、空隙率最小、混凝土和易性最好为目标。
（4）水。应符合《公路桥涵施工技术规范》》（JTG/T F50），同时水中氯离子含量超过5mg/cm3的水不得使用。
（5）外加剂。所选用的混凝土外加剂产品技术性能指标应符合《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-）及相关标准。选定外加剂前，必须与所用水泥进行化学成分和剂量适应性检验。化学成分不适应，不得使用；应通过不同减水剂掺量与混凝土减水率试验曲线找出该减水剂的最佳掺量；如果采用復合型外加剂，在满足减水率和工作性能的同时，还应满足缓凝时间、塌落度损失等多项指标要求，建议选用超高效减水剂。任何提高早强的措施都不利于后期强度和耐久性，建议不掺加早强剂。
（6）混凝土配合比。应限制混凝土中胶结材料的最低和最高用量。在满足胶结材料最低用量前提下，尽可能降低硅酸盐水泥用量，但必须满足硅酸盐水泥最低用量要求。
5、结束语
耐久性设计是结构设计的重点，工程设计人员应该正视这一问题，充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平，采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁的耐久性。
参考文献：
[1]《公路工程技术标准》（JTG B01）.
[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）.
[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63）.
[4]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62）.
[5]《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22）.
（作者单位：山东交通学院威海校区）
关键词：桥梁；耐久性；设计
1、概述
近年来，公路桥梁在运营的过程中不断出现垮塌，直接影响公路的运营安全，给公路行业造成了极其恶劣的影响。但在众多垮塌的桥梁中，通过验算一般是能够满足设计规范的强度要求的，多为在使用了10～15年后因为结构的耐久性出了问题而影响结构安全。
通过几个实际项目的设计，我们对桥涵的原材料控制、外加剂使用及配合比制作等方面就耐久性做了详细的设计。运营后经过分析对比，桥梁耐久性取得了明显的效果。
2、耐久性设计的重要性
桥梁在建造和使用过程中，经常会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。
结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题。大量的病害实例也证明，除了施工和材料方面的原因，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上（也即设计上）的缺陷，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设计。
结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别，设计过程中应把重视和提高结构物的耐久性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。
3、耐久性设计中需考虑的超载问题
桥梁的超载问题在近年来随着汽车轴载日益加重变得尤为突出。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。例如，混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下，可能发生开裂；裂缝即使在荷载卸除后能够闭合，但由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂弯距降低、刚度下降；于是在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响。因此，在设计阶段应充分考虑超载因素：
（1）根据国情实际情况全面合理的评估结构在使用过程中可能出现的承载情况，在可能的范围和程度下尽量提高结构承载能力冗余度。
（2）重要的桥梁结构物，应在设计阶段充分考虑其当前和今后发展的适应性，有条件时可提高规划标准或等级，适度“超前设计”。
4、桥梁耐久性设计注意事项分析
设计中考虑的桥梁使用过程中结构耐久性的影响因素有水分、冰冻、空气污染、除冰盐水等环境作用及车辆的疲劳荷载、振动和磨损等力学作用，力学作用对桥梁耐久性影响通过结构设计计算来解决，环境作用对桥梁耐久性影响通过原材料及其配合比的选择、结构构造设计等来解决。为保证混凝土质量、控制裂缝和提高耐久性，施工中所用的混凝土材料必须符合有关规范的要求，设计提出以下要求：
（1）水泥。尽量采用水化热较低的水泥，控制水泥细度及C2S 含量。增加细度及C2S含量，可以产生较高的早期强度，但同时存在着水化热较大、导致自身收缩加大的问题，而且早期弹模大，在温度及收缩作用下，造成严重的早期开裂，因此建议采用低细度及C2S含量低的水泥。采用低碱含量的水泥，碱含量应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50）的要求。采用42.5号及其以上的硅酸盐水泥，不采用超量掺有火山灰或粉煤灰的硅酸盐水泥。
（2）粉煤灰等矿物掺合料。粉煤灰是配置耐久性混凝土的重要组分，应适当掺加粉煤灰等矿物掺合料，掺合料应符合《公路桥涵施工技术规范》》（JTG/T F50）的有关规定。
（3）骨料。骨料应洁净、质地坚固、级配合格、粒径形状好。粗骨料堆积密度大于1500Kg/ m3，即空隙率不超过40%，C40及以上混凝土所选粗骨料压碎值应不大于12%，C40以下混凝土要求压碎值不大于13%，吸水率不大于1%，不宜采用有潜在活性物质的粗骨料。粗骨料的最大公称粒径不宜超过保护层厚度的2/3，且不超过钢筋最小净距的3/4。使用高强度C50混凝土时，最大公称粒径不应大于25mm。粗细骨料组成应按连续密实级配要求，确定组成比例，以单位体积容重最大、空隙率最小、混凝土和易性最好为目标。
（4）水。应符合《公路桥涵施工技术规范》》（JTG/T F50），同时水中氯离子含量超过5mg/cm3的水不得使用。
（5）外加剂。所选用的混凝土外加剂产品技术性能指标应符合《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-）及相关标准。选定外加剂前，必须与所用水泥进行化学成分和剂量适应性检验。化学成分不适应，不得使用；应通过不同减水剂掺量与混凝土减水率试验曲线找出该减水剂的最佳掺量；如果采用復合型外加剂，在满足减水率和工作性能的同时，还应满足缓凝时间、塌落度损失等多项指标要求，建议选用超高效减水剂。任何提高早强的措施都不利于后期强度和耐久性，建议不掺加早强剂。
（6）混凝土配合比。应限制混凝土中胶结材料的最低和最高用量。在满足胶结材料最低用量前提下，尽可能降低硅酸盐水泥用量，但必须满足硅酸盐水泥最低用量要求。
5、结束语
耐久性设计是结构设计的重点，工程设计人员应该正视这一问题，充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平，采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁的耐久性。
参考文献：
[1]《公路工程技术标准》（JTG B01）.
[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）.
[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63）.
[4]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62）.
[5]《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22）.
（作者单位：山东交通学院威海校区）