橋梁設計的耐久性問題探討

郝曉光

摘?要強度在當代設計中受到重視，考慮得較多，而耐久性卻常常被忽視，考慮得較少。耐久性需要得到我們關注的原因是在設計中它僅僅被當成了一種概念，既沒有對耐久性進行特意地設計也沒有明確提出對其使用的年限要求。本文就橋梁設計的耐久性問題進行探討研究，以期讓橋梁設計更加完善。

關鍵詞耐久性；橋梁；設計

中圖分類號TU文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2011)071-0117-01

目前，在橋梁的設計中，結構耐久性設計沒有得都足夠的重視和落實，僅僅被當成一個概念高高掛起。這種傾向在一定程度上是造成當前結構使用性能差、工程事故頻發、使用的年限短等不良結果產生的原因，這也恰恰與越來越受到國際結構工程界所重視的適用性、安全性、耐久性的趨勢背道而馳，與結構動態和綜合經濟性的要求不相符。

1耐久性的基本內涵

耐久性的解釋大體有兩種，一個是實際耐久性，二個是理論耐久性。結構對氣候對作用、化學侵蝕、物理作用或任何破壞過程的抵抗能力被稱作實際耐久性；但在《公路工程混凝土結構防腐技術規范》中對耐久性作出這樣的解釋，“結構在預期作用和預定的維護條件，能在規定期限內維持其設計性能要求的能力”被稱作理論耐久性。通常來說，在滿足強度、剛度、穩性和使用功能等要求的正常設計、嚴格地依照規范和設計進行的正常施工、規定荷載等正常使用以及不使用化冰鹽的正常養護條件下，橋梁的理論耐久性具有充足的保障。但橋梁畢竟是暴露在野外環境中，受到各種多變的外界環境沖擊，包括水侵腐蝕、凍融破壞、正常和非正常荷載的作用，再加之設計和施工的不當，其生存時間很難與我們預想的設計壽命化等號，所以，理論耐久性是遠遠高于實際耐久性的。

2橋梁設計耐久性差的原因分析

2.1設計理論與結構構造體系不完善

在橋梁的結構設計中，選擇經濟合理的結構方案是首要的一項任務，然后才是分析和連接結構以及設計構件，并依靠規范規定的可靠性指標或安全系數使結構的安全性得以保證。然而諸多的設計人員卻忽視從結構材料、結構體系、結構構造、結構耐久性、結構維護以及頻繁出現于設計、施工到使用全過程中的人為錯誤等方面對結構的安全性進行加強和保證，只是片面的迎合于規范規定的結構強度計算上的安全度。致使有的鋼筋的直徑過細、混凝土的強度等級過低、構件的截面過薄以及保護層的厚度過??；有的受力路線和寸算圖式不明確，導致整體受力不均，局部受力過大；有的整體性和結構延性不足，冗余性??；這些都將導致結構耐久性的極大削弱，嚴重影響著結構的安全性。

2.2環境對橋梁結構耐久性的影響

橋梁的施工和使用環境與設計環境總是存在或多或少的差別，所以環境影響是非常重要的。在抗拉強度上，混凝土的抗拉強度大約只占10%。這使得混凝土結構很容易在早期強烈的干縮應變反應、水化熱加上沖擊荷載、日曬雨淋、環境濕度和溫度的影響下產生裂縫。發生開裂之后，鋼筋表面的鈍化膜會因氯離子和水分子的入侵遭到破壞，鋼筋被腐蝕，鋼筋表面與混泥土之間的化學膠結力被嚴重破壞，直接導致鋼筋與混凝土無法很好地完成協同工作。使混凝土構件的強度和剛度逐漸被削弱，結構的耐久性也因此遭受嚴重的破壞。

3橋梁設計耐久性差的對策分析

3.1重視橋梁的超載問題

主要存在以下三種橋梁超載的情況：一是橋梁修建時期早，超齡負重運營；二是橋梁上原設計的車流量不能滿足實際要求；三是車輛違規超載。前兩者產生的主要原因是交通量的增加和設計荷載的變化；后者是由于我國的運輸中車輛超載現象非常普遍，大多數車輛使用者違法超載營運造成的。橋梁的超載一方面會導致疲勞問題出現。超載會讓橋梁的疲勞應力幅度增高，加劇損傷程度，還會導致一些超載引起的結構破壞事故出現。另外，超載對橋梁內部造成了無法修復的損壞，使橋梁發生在正常荷載下工作狀態的變化，橋梁的安全性、耐久性可能會受到危害。橋梁急需解決安全性與耐久性不足的問題，要積極借鑒國外成功的經驗和做法，不僅要加強施工質量的監管力度，還要從橋梁構造角度與結構體系以及設計理念出發做好耐久性的設計。同時也需要在影響橋梁結構耐久性的疲勞和超載上面進行研究。

3.2重視結構的耐久性

在橋梁過程的建造和使用中，受到有關環境與有害化學物質侵蝕是肯定的，還要對車輛、地震、超載、疲勞、風、人為因素等等的外來作用有一定的承受力，同時構成橋梁的材料性能也會不斷的減退，從而使得各部分結構發生不同程度的劣化甚至損傷。自1980年以來，國內在大跨橋梁領域中大量修建斜拉橋；至今為止，雖然嚴重倒塌或損害的例子很少出現，但多座橋梁已不得不提前換索以解決拉索的耐久性問題，造成經濟損失和使用受到影響。值得注意的是，導致這類問題出現原因很多都與耐久性沒有進行合理的設計有關，這也迫使我們不得不重新審視橋梁的耐久性問題。

3.3重視研究疲勞損傷

風荷載和車輛荷載都是橋梁結構所承受的動荷載，在結構內會產生的應力是循環變化，會造成結構振動和累積疲勞損傷。由于橋梁采用的并非是連續和均勻的材料，存在著很多細微的缺陷，在荷載的循環作用之下，會使這些微缺陷慢慢的合并、發展造成損傷，還會逐漸使材料中宏觀裂紋。如果不有效地控制宏觀裂紋，極可能會對結構和材料造成脆性斷裂。但是我們又很難檢測出早期的疲勞損傷，很可能帶來災難性的嚴重后果。

疲勞損傷在過去一直被看做鋼橋設計中最關鍵的問題，其在較多鋼材開裂案例中都有所體現，而許多引起橋梁垮塌的例子原因也是疲勞斷裂。近些年來，雖然疲勞損傷研究已進入了混凝土結構，但對使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動態性能和疲勞性能仍然要做更深入細致的研究。在疲勞損傷的研究中，不僅是指整個結構，實際上經常因為某些關鍵部分的局部疲勞的失效，導致整個橋梁結構失效，如在斜拉橋拉索錨固端出現的疲勞損害。

4總結

在橋梁的整個設計、施工、維修保養的過程耐久性的問題應該得到全面貫穿，一座橋梁必須先天建造優質，后天維護得當，僅僅片面地靠后天維修養護或是先天優質建造來延長其壽命，都是不可能做到的。目前，大規模的新橋正處于建設之中，應該把如何將結構耐久性更多地在設計、施工、養護中得到考慮當做重中之重。

參考文獻

[1]張樹仁,王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設計[M].人民交通出版社,2008.

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