陈乐元
泛华建设集团湖北设计分公司 湖北 武汉 430000
摘要：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）规定了公路桥涵的设计需按照安全、耐久、适用、环保、经济和美观的原则。本文将对公路桥梁结构设计中的耐久性问题进行分析与探究。
关键词：公路桥梁；结构设计；耐久性
1、前言
近年来，随着我国经济的快速增长，公路桥梁建设蓬勃发展，取得了巨大成就。但国内较多桥梁结构由于各种各样的原因提前失效，达不到规定的服役年限。这其中有的是由于桥梁结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的，但更多的是由于桥梁结构的耐久性不足导致的。因此，保证桥梁结构能在自然和人为的化学和物理环境下满足耐久性的要求，是一个十分迫切和重要的问题。
2、桥梁结构耐久性差的主要原因
桥梁结构耐久性问题往往是内部和外部不利因素综合作用的结果。而造成结构不足之处或有缺陷往往是设计不周、施工不良、使用维修不当引起的。
2.1环境影响不容忽视
桥梁的施工及使用环境往往与设计环境有一些差别，而环境是影响桥梁结构耐久性的重要因素。桥梁结构处于较低温度环境时，混凝土毛细孔中同时受到膨胀压力和渗透压力，使混凝土结构产生内部裂缝和损伤，经多次反复，损伤积累到一定程度就引起结构破坏；
桥梁结构中某些活性矿物与碱性溶液产生碱集料反应，生成碱-硅酸盐凝胶，吸收膨胀，体积可增大3~4倍，从而引起混凝土剥落、开裂、强度降低，甚至导致破坏；部分化学介质的侵入会造成桥梁结构中一些成分被溶解、流失，引起裂缝、孔隙额、松散破碎、体积膨胀等，常见的化学介质腐蚀有硫酸盐腐蚀、酸腐蚀、海水腐蚀、盐类结晶型腐蚀等；混凝土的碳化使混凝土中钢筋的保护层受到破坏，引起钢筋锈蚀，导致桥梁结构的承载力下降。
2.2设计理论和结构构造体系不够完善
虽然我国规范中已明确规定桥梁结构必须具备安全、耐久、适用、环保、经济和美观的特性，但是这一宗旨并没有充分地体现在具体的设计条文中，使得在以往乃至现在的桥梁结构设计中普遍存在着重承载力设计而轻耐久性设计的现象。尽管设计规范中提出一些保证混凝土耐久性构造措施以及正常使用极限状态验算混凝土结构的裂缝宽度等，但这些参数的控制对混凝土耐久性设计并不起决定性的作用，且这些参数还会随时间而变化。
不同的环境和使用条件，不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题，规范更新得再快也适应不了新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新要求。因此，合理可靠的桥梁结构设计除了满足规范要求外，还要求设计人员根据具体情况有不同的认识和判断。
2.3施工和管理水平低
近年来，桥梁结构突然损坏垮塌的新闻屡见不鲜，大多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足、施工工艺不合格等。施工管理过程的一些腐败现象，导致所选材料以次充好，偷工减料，严重影响了桥梁结构整体质量。施工和管理的这些问题造成桥梁在交付使用不久就出现严重的开裂现象，甚至损坏垮塌，严重影响桥梁结构的耐久性，致使桥梁结构远远没有达到预期使用寿命。大量调查结果证实，桥梁施工质量问题及材料问题是引起桥梁安全事故的主要原因。
2.4使用维护不当
随着我国经济的快速增长，道路车流量日益增多，以及早期桥梁设计荷载较低，桥梁超载现象在我国公路运输上普遍存在。一方面超载可能引发疲劳问题，使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至造成结构破坏事故。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另一方面由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而对桥梁的耐久性造成危害。
在桥梁结构的使用过程中，由于没有合理的维护而导致桥梁耐久性的降低也是不容忽视的，如对桥梁结构的碰撞、磨损以及使用环境的恶化，都会使桥梁结构无法达到预定的使用年限。
3、提高桥梁结构耐久性的措施
桥梁结构的耐久性取决于结构材料的自身特性和结构的使用环境，也与结构设计、施工及养护管理密切相关。提高桥梁结构耐久性的措施如下所示。
3.1建立健全的规章、规程、制度和科学的管理体系
桥梁结构的耐久性很大程度上取决于施工过程中的质量控制与质量保证以及使用过程中的正确维修与例行检测。建立健全的规章、规程、制度和科学的管理体系，能高效、准确、快捷地指导桥梁施工及管理，明确各个组织机构的责任人，严格按照合同、标准、规范、设计来施工，正确使用和维护桥梁，确保桥梁结构的耐久性。
3.2力图开展保障结构安全与耐久的新设计理念的研究
由于桥梁结构各部件的寿命不是完全相同的，因而桥梁结构寿命期内功能的保证，必须从设计、施工、材料、检测、维修、加固整个过程来考虑，审视结构的概念设计与构造设计，并保障桥梁结构在生命期内的结构可检性、可换性、可修性、可控、可强性和可持续性。
3.3满足混凝土材料耐久性的基本要求
混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，设计时宜将耐久性要求及施工注意事项纳入设计文件内，说明应清晰，确保施工时，对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量的控制，均符合规范及设计的要求，并要求增强混凝土密实度，以防止或控制混凝土开裂，保证施工质量，阻止水分和侵蚀性介质渗入结构内部。
3.4确保钢筋的最小保护层厚度
在影响混凝土桥梁耐久性的诸多因素中，钢筋的锈蚀危害最大，当钢筋锈蚀后其有效截面积会不断减小，就使得结构的承载能力迅速降低。预应力钢筋及普通钢筋混凝土构件保护层厚度，严格按交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）9.1.1条执行，严格按规范控制普通钢筋和预应力直线钢筋最小保护层厚度，提高钢筋抗锈蚀能力。
3.5提高桥梁抗裂能力
桥梁结构在施工和使用过程中，常会出现不同形式的裂缝。过多或过大的裂缝不仅会影响桥梁结构的外观，造成使用者不安，而且会影响桥梁结构的耐久性，降低桥梁的使用寿命。通过适当加强桥梁结构构造钢筋设计、设置防裂钢筋网、增大截面尺寸等措施限制裂缝宽度，使其满足交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）对桥梁结构裂缝的要求，从而提高桥梁的抗裂能力，保证桥梁结构的耐久性。
3.6加强桥面排水和防水层设计
桥梁结构构件的表面形状应有利于排水，对于可能受雨淋或积水的水平表面应做成斜面，并设置一定数量的泄水管，使桥梁结构有一套完整的排水系统，以防止雨水积滞于桥面并渗入梁体而影响桥梁的耐久性。桥面现浇层顶面应设置防水层，采用良好的抗渗、抗剪、抗拉的材料，提高桥梁防水功能。
4、结语
桥梁结构耐久性问题是一个十分迫切需要加以解决的问题。通过对桥梁结构耐久性的研究，一方面能对已有的桥梁进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面也可对新建工程项目进行耐久性设计于研究，揭示影响结构寿命的内部和外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量，确保桥梁结构生命全过程的正常工作。因此，它既有服务于已建桥梁的现实意义，又有指导待建桥梁进行耐久性设计的重要指导作用。
参考文献：
[1]杜敏，义军.论路桥结构设计之我见[J].科技与生活，2010（14）：99-99.
[2]陈培.基于路桥结构设计的常见问题探讨[J].现代工业经济和信息化，2014，4（13）：91-93.
论文作者:陈乐元
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/29
标签：桥梁论文; 结构论文; 耐久性论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 耐久论文; 裂缝论文; 《防护工程》2018年第13期论文;