混凝土T梁橋合理耐用性能研究

殷邦國(guó)

摘 要： 本文從兩個(gè)方面對(duì)混凝土T梁合理耐久性的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。首先分析了橋梁混凝土耐久性相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合對(duì)混凝土T梁橋合理耐用性能進(jìn)行了具體分析。希望本文的研究能夠?yàn)橄嚓P(guān)的設(shè)計(jì)者提供一些建議和參考，并為我國(guó)橋梁工程的建設(shè)發(fā)展有所助力。

關(guān)鍵詞： 混凝土；T梁橋；合理耐久性

一、橋梁混凝土耐用性概述

通過(guò)分析長(zhǎng)時(shí)間的橋梁方案，人們發(fā)現(xiàn)一個(gè)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，各橋梁工程團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有準(zhǔn)確估量混凝土材料的耐久性問(wèn)題，而這將決定混凝土材料以及整體結(jié)構(gòu)的使用壽命，針對(duì)出現(xiàn)的這一質(zhì)量漏洞，各個(gè)國(guó)家從發(fā)現(xiàn)至今，已采取了多項(xiàng)解決方案和措施，并通過(guò)定性研究，有效地提高了混凝土橋梁的整體質(zhì)量，并對(duì)可能出現(xiàn)的開(kāi)裂、損害等問(wèn)題給出了準(zhǔn)確的解決方案。在對(duì)某土木工程學(xué)院的相關(guān)資料分析得知，對(duì)基礎(chǔ)工程進(jìn)行維修和保養(yǎng)方面投入的費(fèi)用已初步估算為800億美元，而這也是在一段時(shí)間內(nèi)的資金投入。還有相關(guān)資料表明，因混凝土橋梁鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題占整體橋梁?jiǎn)栴}的1/4，因此，如何提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，將是各國(guó)家必須關(guān)注和研究的問(wèn)題。

耐久性問(wèn)題的解決，將明顯提高混凝土整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而解決方法將從混凝土的橋梁結(jié)構(gòu)著手。解決混凝土耐久性問(wèn)題有多種方法，通過(guò)研究《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的文獻(xiàn)內(nèi)容得知，想要完全解決混凝土存在的結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題，需要首先研究一個(gè)較為復(fù)雜的情況：是什么原因?qū)е碌幕炷脸霈F(xiàn)耐久性問(wèn)題？如混凝土結(jié)構(gòu)被破壞，是否會(huì)對(duì)其經(jīng)濟(jì)或社會(huì)秩序造成嚴(yán)重危害。

日本針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題已進(jìn)行了針對(duì)性的解決，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的策略，能夠有效保證混凝土耐久性指數(shù)的提高。從設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)角度解決存在的耐久性問(wèn)題，也并非是最恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性相比，鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)較為特殊，而為了最大限度的提高鋼筋混凝土橋梁的使用年限，則需要從根源解決鋼筋腐蝕問(wèn)題，并對(duì)橋梁的受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，讓解決方案和耐久性評(píng)估策略更加系統(tǒng)，提高解決方案的價(jià)值。

二、混凝土T梁橋合理耐用性能研究

1.影響混凝土T梁橋耐用性的因素

混凝土T梁橋的外部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)將直接影響其整體受力性能，針對(duì)混凝土T梁橋的受力狀況，國(guó)外專家做了特殊的受力分析以及性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，準(zhǔn)確的測(cè)量了中橫隔板對(duì)主梁剛度以及最大擾度值的影響，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：交角對(duì)主梁剛度的影響、溫差以及制作剛度對(duì)主梁剛度的影響等等。在混凝土T梁橋被長(zhǎng)時(shí)間使用的過(guò)程中，外部磨損將直接影響T梁橋的整體剛性，還有空氣濕度、光照以及雨水沖刷，都將直接影響T梁橋的使用壽命。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)者需要不斷提高主梁的剛度，才能避免外界因素對(duì)T梁橋的使用壽命造成影響，并保持T梁橋可以獲取更長(zhǎng)的使用年限。

2.混凝土耐久性研究

為有效保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，需要增強(qiáng)混凝土的耐久性，并及時(shí)做好前期的方案設(shè)計(jì)以及后期的維護(hù)工作。穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是提高混凝土耐久性的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)師需要對(duì)橋梁周邊的環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將外部因素（空氣濕度、化學(xué)腐蝕）對(duì)橋梁造成的影響降到最低。在橋梁被正常使用的狀況下，需要采取更完整的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性功能設(shè)計(jì)，并在施工階段做好材料的選擇與使用。定期對(duì)橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，同樣可以使橋梁的耐久性提高。多數(shù)橋梁需要長(zhǎng)時(shí)間暴露于野外環(huán)境，所以，難免會(huì)受到雨水侵蝕、冰凍破壞、化學(xué)介質(zhì)侵蝕或人為破壞，這就需要相關(guān)工作人員定期對(duì)橋梁做好養(yǎng)護(hù)工作，將被侵蝕的位置及時(shí)修復(fù)，以維持內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

目前，多數(shù)國(guó)家都針對(duì)橋梁的耐久性問(wèn)題作出了明確研究。我國(guó)某混凝土橋梁在使用過(guò)程中，遭到了嚴(yán)重的破壞，國(guó)家相關(guān)養(yǎng)護(hù)部門(mén)已投入需要的維護(hù)資金。在避免投入大量經(jīng)費(fèi)的同時(shí)，對(duì)橋梁定期做養(yǎng)護(hù)和維修工作，可以有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究得知，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從全新的力學(xué)角度完成混凝土橋梁方案的制定，將有效避免外界因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)以及耐久性的影響，增長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

3.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性計(jì)算

想要準(zhǔn)確計(jì)算出混凝土橋梁的耐久性，需要準(zhǔn)確分析橋梁的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)橋梁橋梁過(guò)程中使用的鋼筋規(guī)格有明確的數(shù)據(jù)分析。材料的選取對(duì)于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確影響巨大，在按要求購(gòu)進(jìn)和使用材料的同時(shí)，需要同步考慮化學(xué)因素對(duì)橋梁耐久性的影響。金屬腐蝕同樣會(huì)縮短橋梁的使用壽命。針對(duì)混凝土耐久性計(jì)算方法，可以分為以下幾種：經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)法、比較預(yù)測(cè)法、加速實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)法、隨機(jī)法和數(shù)學(xué)模型法。通過(guò)大量的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，利用加速實(shí)驗(yàn)以及數(shù)學(xué)模型的預(yù)測(cè)方法，可以提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度，并保證計(jì)算出來(lái)的結(jié)果有更大的利用價(jià)值。

3.1碳化的壽命預(yù)測(cè)模型

采取碳化壽命模型預(yù)測(cè)方法，需要用到Fik定律，在按定律內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)推導(dǎo)的同時(shí)，可以獲取碳化深度與碳化時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明，二者的平方根成比例，以此推算碳化壽命。國(guó)內(nèi)有較為完整的碳化壽命預(yù)測(cè)模型，這些壽命模型預(yù)測(cè)方法的提出，將直接影響中國(guó)橋梁橋梁的相關(guān)材料的使用比例。通過(guò)合理配比各材料，能夠有效預(yù)測(cè)橋梁的碳化壽命，并可以按照水泥用量、水灰比例、水泥品種、骨料品種進(jìn)行特定的養(yǎng)護(hù)工作，維持橋梁耐久性的穩(wěn)定。

3.2氯離子擴(kuò)散壽命預(yù)測(cè)模型

橋梁橋梁過(guò)程中會(huì)使用大量的鋼筋，為保證對(duì)鋼筋的使用年限和銹蝕狀況做出準(zhǔn)確的推測(cè)，利用氯離子滲透模型預(yù)測(cè)法，同樣需要借助Fik第二擴(kuò)散定律進(jìn)行壽命公式預(yù)測(cè)。為了獲得更準(zhǔn)確的鋼筋銹蝕數(shù)據(jù)，需要不斷深入對(duì)橋梁腐蝕狀況的研究，通過(guò)合理搭建相關(guān)模型，修正模型材料用量，才能為銹蝕計(jì)算提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。建立的氯離子壽命預(yù)測(cè)模型，需要對(duì)周?chē)諝獾臐穸?、溫度有?zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，并考慮混凝土表面氯離子變化以及濃度對(duì)鋼筋銹蝕速度造成的影響，才能進(jìn)一步按照擴(kuò)散系數(shù)完成水灰的配比，并考慮時(shí)間對(duì)氯離子濃度造成的影響，提高鋼筋銹蝕結(jié)果計(jì)算的準(zhǔn)確度。

3.3搭建混凝土損傷壽命預(yù)測(cè)模型

混凝土橋梁在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，外部損傷狀況將直接決定混凝土的使用壽命，因此，搭建合理的外部損傷預(yù)測(cè)模型，并按模型構(gòu)造進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，可以及時(shí)解決混凝土橋梁使用過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，并根據(jù)特定問(wèn)題作出快速解決方案。該方法需要使用ATkinson干濕循環(huán)制度，將定量混凝土放在濃度為1%的硫酸鈉溶液中，并浸泡16小時(shí)，然后在54℃的溫度下干燥八個(gè)小時(shí)，這是一個(gè)干濕循環(huán)過(guò)程。通過(guò)長(zhǎng)期浸泡制度，能夠快速獲取實(shí)驗(yàn)需要的計(jì)算參數(shù)。為進(jìn)一步計(jì)算水泥凈漿在不同化學(xué)環(huán)境下的彎曲強(qiáng)度以及斷裂性能，可以在水泥凈漿為60%和80%彎曲荷載作用下，同時(shí)放在10%硫酸氨溶液中浸泡，觀察其在不同應(yīng)力下的腐蝕速度，然后利用相關(guān)公式計(jì)算腐蝕速度、強(qiáng)度損傷與腐蝕時(shí)間的關(guān)系，并根據(jù)腐蝕時(shí)間推測(cè)外部混凝土橋梁的使用壽命。整個(gè)預(yù)測(cè)過(guò)程十分復(fù)雜，但與之前的預(yù)測(cè)方法相比，這種預(yù)測(cè)方式可以獲取更準(zhǔn)確的損傷壽命數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)能夠更好的推算需要養(yǎng)護(hù)的橋梁位置，延長(zhǎng)混凝土橋梁的使用壽命，提高混凝土T梁橋的耐久性。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究混凝土T梁橋合理耐用性能研究，能夠?yàn)槲覈?guó)橋梁工程的建設(shè)發(fā)展提供支持，進(jìn)而更好的保障橋梁耐用性，延長(zhǎng)橋梁使用壽命。■

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