探究橋梁細(xì)部設(shè)計對結(jié)構(gòu)耐久性的影響

■劉金橋 ■江西同濟(jì)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，江西 南昌 330000

在進(jìn)行橋梁的細(xì)部設(shè)計時，需要圍繞“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的總體要求綜合考慮眾多因素，在實現(xiàn)構(gòu)件功能的同時，簡化結(jié)構(gòu)受力模式，與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)美觀，降低構(gòu)件的全壽命成本，提高構(gòu)件的耐久性，結(jié)合當(dāng)前當(dāng)?shù)氐氖┕すに囁浇档褪┕るy度，方便后期橋梁養(yǎng)護(hù)及維修加固，降低建設(shè)項目管理的風(fēng)險及難度等。其中提高構(gòu)件的耐久性對降低全壽命成本及后期養(yǎng)護(hù)難度至關(guān)重要。在進(jìn)行橋梁細(xì)部構(gòu)件設(shè)計時，尤其要充分調(diào)研構(gòu)件在橋梁施工及使用中各種可能的環(huán)境條件及其對應(yīng)的內(nèi)力狀態(tài)，評估其在最不利工況組合下的耐久性，以此來選擇滿足功能及耐久性要求的材料及構(gòu)造尺寸。隨著國內(nèi)養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗的積累，耐久性的問題漸成規(guī)模并逐漸被橋梁界所重視?？v觀這些耐久性問題，多數(shù)源于橋梁細(xì)部的處理不到位，這一定程度上受到橋梁建設(shè)時的社會工業(yè)水平、經(jīng)濟(jì)水平、橋梁建設(shè)水平等的限制。當(dāng)前社會的工業(yè)水平、經(jīng)濟(jì)水平、橋梁建設(shè)水平已有了突飛猛進(jìn)的變化，新建的橋梁理應(yīng)具備更好的耐久性，這也是當(dāng)前橋梁建設(shè)者應(yīng)該承擔(dān)的歷史使命。

1 細(xì)部設(shè)計對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響

1.1 人為因素對結(jié)構(gòu)耐久性的影響

在進(jìn)行橋梁細(xì)部設(shè)計的過程中，設(shè)計人員很多都是把重點放在了橋梁的主體結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性以及耐久性等方面，對橋梁細(xì)部構(gòu)件僅僅考慮其強度及穩(wěn)定性，而耐久性常常只提出鋼筋最小凈保護(hù)層厚度或鋼構(gòu)件防腐的要求。此外很多設(shè)計單位在橋梁附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中直接采用由專業(yè)廠家提供的產(chǎn)品通用圖，對這些通用圖的細(xì)節(jié)處理并未去深入探究，對廠家安裝亦未提出具體要求。而專業(yè)廠家未必對整座橋梁的總體設(shè)計意圖有全面深入的理解和掌握。很多設(shè)計單位在實際施工前亦未對施工總包單位或?qū)I(yè)安裝單位進(jìn)行專門地技術(shù)交底，存在設(shè)計與安裝施工脫節(jié)的情況，這是導(dǎo)致很多橋梁附屬結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接處出現(xiàn)防水防滲問題、應(yīng)力集中疲勞破壞、裂縫擴(kuò)展鋼筋銹蝕等耐久性問題的主要原因之一。在國內(nèi)的建設(shè)項目中，設(shè)計單位處在工程技術(shù)的制高點，設(shè)計成品的優(yōu)缺直接影響著工程的總體質(zhì)量，作為設(shè)計師，務(wù)必要有強烈地責(zé)任心、專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)操守，對每一個設(shè)計細(xì)節(jié)都要做到一絲不茍，仔細(xì)考究，特別是對于細(xì)部的設(shè)計處理應(yīng)予以足夠的重視。

1.2 在構(gòu)件上出現(xiàn)超出設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的作用對結(jié)構(gòu)耐久性的影響

橋梁設(shè)計依據(jù)由規(guī)劃規(guī)范得到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合橋梁所在地的氣候環(huán)境水文地質(zhì)等情況確定出現(xiàn)在橋梁上的各種作用的標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)而確定橋梁合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及配筋。在實際的使用過程中，如果出現(xiàn)在橋梁上的作用超出設(shè)計階段考慮的作用如汽車超載、火災(zāi)等，橋梁突破彈性工作范疇將出現(xiàn)開裂、塑性變形等不可逆的損傷，改變了橋梁的無應(yīng)力狀態(tài)。開裂導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層不夠，或鋼材防腐層破壞，將引起鋼筋、鋼材的銹蝕，降低結(jié)構(gòu)的承載力及耐久性，嚴(yán)重者將直接造成橋梁垮塌。設(shè)計時要充分考慮可能出現(xiàn)在橋梁上的作用，并按各種作用的最不利效應(yīng)組合對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計;竣工驗收時參與建設(shè)相關(guān)方一定要把橋梁竣工時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)等資料完整地移交給養(yǎng)護(hù)管理單位，并對橋梁后期養(yǎng)護(hù)及交通管理等的注意事項進(jìn)行交底;養(yǎng)護(hù)期間養(yǎng)護(hù)單位按養(yǎng)護(hù)相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測養(yǎng)護(hù)，對影響結(jié)構(gòu)耐久性的裂縫等因素進(jìn)行檢查評定并及時修補。

1.3 設(shè)計中對施工過程中的間接作用未足夠重視影響結(jié)構(gòu)的耐久性

在進(jìn)行橋梁的設(shè)計中，相關(guān)人員對施工過程中橋梁溫度的效應(yīng)、混凝土的收縮等都應(yīng)給予充分考慮。施工過程間接作用引起的結(jié)構(gòu)裂縫等塑性變形及組合截面形成時的應(yīng)力狀態(tài)變化等都將改變結(jié)構(gòu)的無應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)而影響永久結(jié)構(gòu)，對橋梁的耐久度產(chǎn)生很大的影響，如大跨徑連續(xù)梁，施工過程中產(chǎn)生的梁體裂隙的積累對成橋后梁體過度下?lián)袭a(chǎn)生非常不利的影響。

2 橋梁設(shè)計中提高結(jié)構(gòu)耐久性的措施

2.1 合理選擇橋梁各部分構(gòu)件的混凝土材料

橋梁所使用的材料的防水防滲防腐能力直接影響著結(jié)構(gòu)的耐久性。橋梁各部分材料的選擇是一項系統(tǒng)工程。構(gòu)件的材料選擇在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時因其在整座橋梁的作用地位、各種作用組合下的應(yīng)力狀態(tài)及其正常使用或極限狀況下所處的外界微環(huán)境而異。一般情況下，一座橋梁自上而下各部位的微環(huán)境呈以下分布:橋面及以上直接承受風(fēng)吹日曬雨淋，受到車輛等的直接作用，故這部分構(gòu)件須進(jìn)行足夠的防腐、耐磨、防水防滲及排水設(shè)計，確保水不滲入結(jié)構(gòu)主體，對結(jié)構(gòu)安全及耐久性造成危害;橋梁結(jié)構(gòu)主體如梁體一般在橋面鋪裝層的保護(hù)下不受水的侵蝕，不直接承受日曬和車輛的作用，但也要考慮大氣環(huán)境的腐蝕，施工過程中要做好施工縫及砼澆筑時的養(yǎng)護(hù)等工作，避免出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性的裂縫;橋墩及樁基可能處于水中，隨著地表或地下水位的變化，存在干濕交替現(xiàn)象，隨著溫度變化，出現(xiàn)凍融循環(huán)等等不利環(huán)境作用，故對這部分構(gòu)件的混凝土材料的選擇要特別注重抗?jié)B抗凍性，以及澆筑時的水下砼性能等。

2.2 橋梁支座的耐久性設(shè)計

支座連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，是受力非常集中且比較薄弱的構(gòu)件。在實際的設(shè)計中，除確保足夠的抗壓承載力外，還應(yīng)特別關(guān)注其摩阻系數(shù)及轉(zhuǎn)角位移量。對于縱坡比較大的橋梁，除要求支座上下支承面水平外，還應(yīng)充分考慮汽車加速度等橋面切向力在支座上產(chǎn)生的水平剪力，對支座進(jìn)行抗剪強度驗算。對橫向剛度大的上部結(jié)構(gòu)下單排設(shè)置的多個支座，要嚴(yán)防并充分考慮支座的不均勻受力。在條件允許的情況下，盡量不要出現(xiàn)單排三個及以上支座的設(shè)計。

2.3 橋梁附屬結(jié)構(gòu)的細(xì)部耐久性設(shè)計

橋梁附屬結(jié)構(gòu)作為橋梁主體結(jié)構(gòu)的第一道防護(hù)，對結(jié)構(gòu)的耐久性起著非常重要的作用。在平常設(shè)計中，橋梁附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計常常被忽視。橋梁伸縮縫的設(shè)計通常直接采用廠家提供的產(chǎn)品圖，很多時候忽略了伸縮縫與橋面鋪裝層相交處的細(xì)節(jié)處理，導(dǎo)致相交處出現(xiàn)排水、防水、防滲方面的問題，引起主體結(jié)構(gòu)的銹蝕及伸縮縫的過早破壞。很多設(shè)計文件中伸縮縫的止水帶在橫橋向兩頭未翹起，導(dǎo)致積水直接排至梁體或支座上，引起梁體、支座的銹蝕。此外，在施工橋面或伸縮縫時，很多雜物通過伸縮縫處梁縫掉至臺帽上，限制梁體的自由伸縮變形。人行道的設(shè)計未考慮人行道板下地梁間空間的排水，對人行道范圍內(nèi)的橋面防水防滲亦未考慮，導(dǎo)致人行道范圍內(nèi)的耐久性問題。設(shè)計文件中一般對臺背回填填料及其壓實度都有很明確的要求，但橋臺構(gòu)造設(shè)計的不合理，導(dǎo)致回填時凈空不夠，壓路機無法碾壓，臺后的壓實度達(dá)不到要求，引發(fā)橋頭跳車。

3 總結(jié)

通過以上結(jié)構(gòu)耐久性問題的分析，有助于我們在橋梁的細(xì)部處理中做好結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計。影響橋梁耐久性的因素有很多，其中比較容易忽視的就是橋梁細(xì)部設(shè)計方面的因素。合理的橋梁細(xì)部設(shè)計是提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)。在平常的設(shè)計工作中只有把橋梁的細(xì)部設(shè)計做好，才能從根本上確保橋梁結(jié)構(gòu)整體的承載力、穩(wěn)定性、以及耐久性。

［1］趙素潔.橋梁細(xì)部設(shè)計對結(jié)構(gòu)耐久性的影響分析［J］.公路，2013，7(5):80－82.

［2］顏君毅.橋梁工程伸縮縫施工工藝及方法［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010(5):96.

［3］顏君毅.提高橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的幾點認(rèn)識［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2009(10):96.