桥梁设计中耐久性能问题探究及对策

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  摘要:随着经济的发展及我国对基础建设的大力投入,桥梁等建设也日益增加。然而,在桥梁建设中,也相应的出现了桥梁耐久性不足的问题。一些桥梁由于耐久性设计不足,大大降低其使用寿命。本文针对桥梁设计中耐久性问题,进行相关的探究与分析,并提出切实可行的措施。
  关键词:桥梁设计,耐久性,问题,对策
  中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
  
  随着我国对基础建设的大力投入,交通压力的增大,桥梁建设也日益增加。可是在桥梁事业发展中,同时也出现了一些问题,像是由于桥梁设计对其耐久性考虑不足,只单纯重视强度设计等,这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发,严重影响了桥梁的设计服役寿命,这无疑也带来了巨大地资源浪费与经济损失。这就要求我们要重视桥梁结构的设计过程中耐久性问题,并能合理分析问题存在的原因,提出更多可行的改进措施。
  
  1. 桥梁结构耐久性设计
  1.1总体原则
  桥梁结构的耐久性应根据结构的设计使用年限、结构所处的环境类别及作用等级进行设计。 主要的规范有根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)及《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476-2008)等。
  1.2构件的分类 及相应耐久性设计
  桥梁结构的组成可大致分为以下两类:
  (1)永久性构件
  这类构件是不可更换的或难以更换的,应在正常的养护和维护条件下满足设计使用年限。如,基础、承台、桥墩、主梁等不可或难以更换的混凝土和钢结构。对于混凝土结构,我们要设计最小混凝土保护层 ,控制水灰比。通常,混凝土的水灰比越接近最低水灰比,混凝土的密实性越高,混凝土的抗腐蚀性能越好。我们还要保证提供足够的钢筋和合理的布置保证受拉和受弯裂缝很好的分布等。
  (2)非永久性构
  这类构件是可更换或需要更换的。在桥梁设计使用年限内及现有技术条件下,一次性的建造难以满足要求,需要更换。如:支座、伸缩缝、排水系统、防撞栏杆,路面耐磨层等。这类构件的使用寿命,要根据现有工艺技术水平、经济条件,按照满足使用要求并兼顾未来发展趋势,综合考虑性价比,经过技术和经济充分比选使其更换周期最经济合理来确定。
  
  2影响桥梁耐久性的主要原因
  2.1 材料选择不当
  桥梁耐久性很大程度上取决于混凝土材料的选择,有些设计者不能够根据设计要求合理选择水泥等级,沙子及石子及钢筋等原材料。由于材料的选择不当,往往会严重影响混凝土的设计强度及服役寿命。又如使用强度等级较低的混凝土,对混凝土的保护层过薄或是钢筋不符合设计要求等,这些都削弱了结构耐久性,会严重影响结构的安全性。可以说,根据设计要求及相关规范,选择合适的材料时保证桥梁耐久性的前提。
  2.2施工和管理水平低
  近些年,国内外出现很多桥梁发生突然的破坏或是坍塌,这引起了业界人士对桥梁安全性问题的重视。经分析调查,很多事故是源于现场施工和管理。一些施工人员对于小的细节重视程度不够,有时会带来施工残留安全隐患。而对于那些在使用寿命很短的桥梁大多数是由于施工质量没有达到相关设计与施工规范,最常见的问题就是使用的材料强度达不到使用要求,施工人员没有严格按照施工规范进行施工等。还有些桥梁出现事故是由于施工单位只顾眼前利益或是急于竣工,出现偷工减料等严重的管理问题。可以说大量的桥梁在远远没有达到预期设计的服役寿命,就出现了严重的耐久性不足的问题,这些与不合格的施工及较低的管理有着直接的关系。像是现在的桥梁大都是钢筋混凝土梁,在海洋环境或是其它恶劣环境下,钢筋极易发生腐蚀,从而严重影响混凝土梁的强度及长期的耐久性。而由于各種原因,施工单位没能做好钢筋保护措施,这将大大危害混凝土梁的安全性。
  2.3 服役环境对桥梁结构耐久性的影响
  实际上,桥梁的施工及使用环境总是与设计时的环境有些出入,而实际使用环境对桥梁的结构耐久性有着重要的影响。混凝土是由水泥,砂子,石子,水及其他矿物掺合料混合相互作用经过一定时间养护而成的结构。水泥在水化时伴有热量生成,或是养护温度和混凝土内部温度出现温差等都会引起混凝土的开裂,这些缺陷极大降低了混凝土的安全使用。混凝土发生开裂后,一些化学物质如氯离子,硫酸根离子进入混凝土内部,在氧气及水分子存在的情况下,就会引起钢筋锈蚀,从而严重削弱了钢筋与混凝土间的胶结力,同时也大大降低了钢筋自身强度。最终造成混凝土结构强度的削弱导致混凝土结构的完全破坏。这种耐久性破坏在海洋环境或是盐雾比较重的服役环境中往往会更加严重。因此,设计者要充分了解所设计的桥梁的服役环境,选择合适的材料,做好避免腐蚀的保护措施,最大限度的降低桥梁的安全隐患。
  2.4桥梁监测力度不够
  桥梁竣工后的质量检测是保证桥梁最大限度的完成自己的设计使用寿命的又一关键环节。可是,有些质检单位不能够认真履行职责,以致于出现一些所谓的“豆腐渣工程”,这严重影响了桥梁的安全性。还有对于一些已经出现质量安全问题的桥梁,不能及时作出检查,错过了维修的最佳时期,也会带来严重的经济损失。
  
  3提高桥梁设计耐久性的有效措施
  3.1重视桥梁的结构耐久性
  桥梁设计者及施工单位或是相关人员要提高对桥梁设计中结构耐久性问题。因为无论是在桥梁建造和使用过程中,肯定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,还会承受车辆、风雪、地震、疲劳、超载以及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。实际中,国内外由于桥梁耐久性不足出现的坍塌或是断裂已经有很多,这带来了大量的经济损失。而桥梁之所以会出现使用寿命远远低于预期设计寿命,主要是设计者没有进行合理的耐久性设计或是施工过程不规范等。因此所有桥梁设计的相关人员都应该提高其对耐久性设计的重视。
  3.2重视对疲劳损伤及超载的问题
  桥梁结构在使用过程中会受到自然环境像是风霜雨露,地震等以及车辆载荷和行人载荷。长期的自然环境自然会带来混凝土结构的腐蚀,长期的动荷载会产生作用力,这些因素的循环作用,会带来混凝土梁结构内部的疲劳损伤积累。当损伤积累到极限状态时就会造成结构的断裂。加之随着交通压力的增加,桥梁承载量往往出现超过其设计值,车辆超载也会带来疲劳损伤,早期的疲劳损伤不易观察,可是随着时间的推移,最终会导致结构的完全性坏。因此我们要全面分析预测交通量以及混凝土保护措施,高度重视疲劳损伤问题,及时发现及时补救。
  3.3加强混凝土表面保护
  混凝土由于其自身的性质,很容易受到腐蚀,出现结构耐久性安全问题,不利于桥梁的长期使用。因此我们要高度重视使用前的保护措施,像是我们要可以在混凝土表面涂上一些防腐材料,还可以增加混凝土保护层厚度。除此之外,我么还可以加强桥面铺装:桥面铺装一般包括主体铺装和防水层两大体系,主体铺装是桥梁与车辆直接接触的部件,也是桥面排水的第一道防线。主体铺装主要承受着汽车的冲击碾压剪切作用及主梁传递的反复应力和挠变,如果桥面铺装出现早期损坏,会破坏桥面防水系统,最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋,削弱了主梁的受力性能,影响了整个结构的安全性和耐久性。因此我们要加强混凝土表面保护,这些处理都会限制氯离子或是其它腐蚀介质的进入,从而降低混凝土腐蚀速度,提高混凝土梁的耐久性,从而提高其使用寿命,同时还会降低维修等经济投入,具有长远的意义。
  
  4 结束语
  随着我国基础建设的迅速发展,桥梁安全性问题得到业界人士的高度重视问题。依据桥梁发生事故的现状,可以说桥梁的安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题。我们要充分认识桥梁耐久性设计的重要性,做好桥梁设计的所有环节,严格控制施工质量,最大限度地提高桥梁的结构耐久性。
  
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