摘要:近年來,我國橋梁建設工程數量越來越多,建設規模也越來越大,但是,橋梁結構的安全性與耐久性卻沒有跟隨工程建設數量和規模發展腳步。在混凝土橋梁結構設計過程中,設計人員多注重結構強度設計,而忽視結構耐久性設計,從而導致設計出的橋梁結構耐久性難以滿足實際的工程建設標準要求和交通需求;诖,本文簡單分析影響混凝土橋梁結構設計耐久性的因素,并總結基于耐久性混凝土橋梁結構設計原則和方法,以期能為后續混凝土橋梁結構設計工作提供有效參考。

  關鍵詞:耐久性; 混凝土; 橋梁結構; 設計;

  0 引言

  混凝土橋梁結構耐久性不僅是衡量橋梁使用壽命的重要指標,同時對橋梁運行質量也具有非常大的影響。然而,在設計過程中,不少設計人員并未認識到橋梁結構耐久性設計的重要性,從而導致橋梁結構耐久性不足,這種現象不僅會制約我國橋梁工程的健康、穩定和長久發展,也會對城市交通運輸和人們出行質量造成不良影響;诖,就需要設計人員全面做好基于耐久性的混凝土橋梁結構設計。

  1 影響混凝土橋梁結構設計耐久性的因素分析

  1.1 橋梁結構設計不合理

  在混凝土橋梁結構設計過程中,不少設計人員片面地認為提升橋梁結構強度便能促進橋梁工程滿足現階段的工程建設標準和交通需求,這種錯誤的認知會導致其忽視混凝土結構本身的耐久性設計,從而不能根據工程建設地的實際情況合理進行橋梁結構設計。這種現象不僅會降低混凝土橋梁結構的耐久性,同時也會降低其承重標準,導致混凝土橋梁在實際運行過程中出現較多的安全隱患。

  1.2 材料選擇不當

  材料選擇是否得當也是影響混凝土橋梁結構設計耐久性的重要因素之一。對于混凝土橋梁而言,合理選擇混凝土混合料及其他材料,不僅能提高工程施工質量,還能提升其結構強度和延長混凝土使用壽命,從而能提高橋梁結構的耐久性。例如,合理選擇混凝土的高堿溶液,可在混凝土內部鋼筋結構表面形成一層氧化鐵保護膜,不僅能防止混凝土發生開裂和鋼筋發生腐蝕等病害問題,還能有效提高整體結構的耐久性。然而,在實際設計過程中,不少設計人員并未考慮材料因素對混凝土橋梁結構和設計質量的影響,從而難以選擇合理的材料進行工程建設[1]。

  2 基于耐久性混凝土橋梁結構設計原則

  為提高混凝土橋梁結構設計質量和橋梁結構的耐久性,需要設計人員在設計過程中遵循以下原則進行合理設計:(1)整體性原則,指的是設計過程中需保證混凝土橋梁結構連續性和整體性原則,這樣不僅能有效提高橋梁整體的美觀性,還能提高橋梁結構剛度和承載能力,從而提高其耐久性。一般來說,要達到整體性設計目標要求,多采用無伸縮縫橋梁結構設計方式進行混凝土橋梁結構設計,原因為混凝土橋梁在實際運行過程中,受大自然環境、雨水、海水侵蝕等因素的影響,常常會導致其結構出現伸縮縫病害,采用無伸縮縫橋梁結構設計便能有效避免這一病害問題的發生,同時還能提高橋梁結構的連續性和整體性;(2)應力均勻流暢。在設計過程中還需遵循應力均勻流暢原則,要確保橋梁結構應力均勻、結構力學連續以及力的傳遞路線簡潔、平滑,這樣不僅能避免橋梁結構薄弱區域發生各種病害問題,還能提高橋梁結構的耐久性;(3)縮短傳力路徑,對于混凝土橋梁結構而言,橋梁結構和傳力路徑越復雜,各結構部位發生損傷的概率越高,因此,還需要設計人員遵循縮短傳力路徑原則進行設計,采用最簡捷的方法進行橋梁結構傳力路徑設計,提高橋梁結構的穩定性和耐久性[2]。

  3 基于耐久性混凝土橋梁結構設計方法

  3.1 合理選擇混凝土材料

  相關研究證實,在混凝土橋梁結構設計和建設過程中,水泥種類、用量及水灰比等均會對混凝土的碳化速度產生一定影響,并破壞混凝土的酸堿度,從而影響混凝土橋梁結構的耐久性。因此,設計人員在設計過程中需要考慮上述因素對橋梁結構的影響,合理選擇混凝土材料和嚴格控制混相關水泥用量及水灰比。一般來說,含堿度較高的水泥與其他配料混合后易發生膨脹反應,從而增加橋梁開裂發生概率。對此,就需要設計人員在設計過程中采用低堿水泥作為建筑材料,嚴格控制水灰比,增強凝土的抗滲性,提高混凝土橋梁結構耐久性[3]。

  3.2 混凝土結構保護層厚度設計

  一項關于鋼筋混凝土簡支梁橋梁工程結構設計實踐證實,增加混凝土結構保護層厚度,可有效提高整個橋梁結構的耐久性。但是,增加混凝土結構保護層厚度也會導致工程建設投資成本增加,為了平衡混凝土橋梁結構耐久性和經濟型工程建設的要求,需要設計人員參考主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響設計標準(見圖1),合理確定保護層厚度,這樣不僅能降低工程投資成本,還能提高橋梁結構耐久性。

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  圖1 主梁鋼筋保護層厚對橋梁耐久性影響設計標準   

  3.3 橋梁伸縮縫構造設計

  做好橋梁伸縮縫構造設計是提升混凝土橋梁結構設計質量的關鍵,因此,就需要設計人員采用規范的方法進行橋梁伸縮縫構造設計,如對主梁和伸縮縫兩側之間的鋼筋進行預埋設計,這樣能有效提高伸縮縫整體結構的穩定性。其次,在對橋梁整體結構進行設計時,盡量采用鉸接方式替代伸縮縫,以降低伸縮縫設置數量,從而最大限度避免或減少伸縮縫病害問題的發生[4]。

  3.4 橋梁防排水結構設計

  做好橋梁防排水結構設計,盡可能減少橋梁表面積水和橋下滲水,亦能有效提高混凝土橋梁結構耐久性。因此,在設計過程中,設計人員需要根據橋梁結構實際情況做好防排水構造設計,如對于水平設置的橋梁結構,一般不需在橋梁構件上設置排水系統出口,這樣可有效避免橋梁構件漏水所致的積水問題發生。設置橋面泄水管時,需對泄水管與混凝土進行隔離,并采取有效措施對泄水管進行密封處理,這樣可確保橋面的積水全部排到橋下。對于橋梁外側翼板,需采用垂裙式墻式護欄防水結構進行設計,這樣可防止水流順著翼板底部流下。

  3.5 橋梁支座結構設計

  相比其他的混凝土橋梁構件(見圖2),橋梁支座構件使用壽命相對較短,為延長橋梁支座構件使用壽命和提高支座結構耐久性,就需要設計人員對支座周圍的細部結構進行優化設計,如做好支座周圍的細部結構的防塵、防水設計,這樣可有效減少周圍塵土和積水對支座結構的影響。另外,在設計過程中,還需在支座墩頂上預留一定設備空間,便于后續進行支座維修和更換處理。

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  圖2 橋梁支座結構   

  3.6 橋面設計

  混凝土橋梁的橋面是橋梁與車輛直接接觸的地方,且在實際運行過程中,受橋面上行車荷載、外部溫度、環境等因素的影響,常常會導致橋面發生開裂、變形、下沉等病害問題,這些問題也不僅會顯著降低橋梁結構的耐久性,還會影響行車安全。因此,就需要設計人員嚴格做好橋面設計,如設計過程中,選擇密實性較好、等級較高的混凝土進行橋面鋪設,這樣能有效防止和降低橋面開裂發生概率。并且,還可將復合纖維混凝土摻入水泥中,這樣能有效提高橋面和整個橋梁結構的耐久性[5]。

  4 結語

  相比其他工程,混凝土橋梁工程對結構受力和耐久性要求更高,原因是在實際運行過程中,混凝土橋梁結構會受到上部行車荷載、外部環境、雨水及其下部水體腐蝕等多方面因素的影響,導致混凝土橋梁結構發生腐蝕、損壞等現象,從而會降低橋梁結構的耐久性。一旦混凝土橋梁結構耐久性降低,不僅會縮短橋梁的使用壽命,同時還會影響城市交通運輸和人們出行質量;诖,就需要設計人員嚴格做好基于耐久性的混凝土橋梁結構設計,如遵循整體性原則、應力均勻流暢、縮短傳力路徑等原則進行設計。另外,還需掌握基于耐久性混凝土橋梁結構設計方法,如合理選擇混凝土材料、做好混凝土結構保護層厚度設計、橋梁伸縮縫構造設計、橋梁防排水結構設計、橋梁支座結構設計以及橋面設計。只有這樣,才能全面提高混凝土橋梁結構設計質量和耐久性。

  參考文獻

  [1]李增江.基于耐久性的混凝土橋梁結構設計研究[J].工程建設與設計,2020(18):111-112.

  [2]周嵬.基于耐久性混凝土橋梁結構設計研究[J].智能城市,2019,5(13):34-35.

  [3]楊小東.基于耐久性的混凝土橋梁結構設計分析[J].中國新技術新產品,2019(9):105-106.

  [4]左廷仲,方文斌.基于耐久性混凝土橋梁結構設計研究[J].工程建設與設計,2017(12):69-70.

  [5]韓曉燕.基于耐久性混凝土橋梁結構設計研究[J].城市建設理論研究:電子版,2016(23):53-54.