摘要：桥梁构造是整个混凝土桥梁系统的重要组成部分,本文基于结构寿命周期的设计理念，分析了合理的构造设计对混凝土桥梁耐久性的影响，并从桥梁构造部件的检修更换设计角度上提出了相应的措施, 以达到提高桥梁整体耐久性的目的。
关键词：混凝土桥梁；构造设计；结构全寿命设计；耐久性
0引论
我国公路桥梁工程建设在高速的迅猛发展下，桥梁建设的规模和速度已经步入世界桥梁大国之列。但是，在屡屡取得重大桥梁建设突破的背后，“重建设、轻维护”、“重眼前、轻后期”的现象却在我国桥梁建设管理中日益突出。一些沿海、跨海大桥，特殊土质地区的公路、铁路桥，以及许多城市立交桥，腐蚀破坏相当严重，远远没有达到40、50年的设计使用年限，仅在十几年甚至几年内就丧失其耐久性而不得不进行大修或重建。
而目前我国桥梁出现质量和耐久性问题的关键原因是传统的建设管理体制和桥梁设计理念的缺陷。只有改变基于现状设计（Design for the Status）的传统的桥梁设计方法才能从根本上改变这种状况。20世纪90年代，在总结过去工程经验教训的基础上，国内外学者提出了基于结构寿命周期的设计理念，即结构全寿命设计（Integrated Life Cycle Design of Structure）的新理念。[1－4]
目前从很多桥梁病害实例分析中发现，其结构构造和体系上的缺陷在很大程度上影响着桥梁结构的耐久性，而从构造和设计方面进行的研究较少，大多是从材料和受力分析的角度进行的。本文通过查阅国内外相关文献，主要从桥梁结构内部各部分之间的构造设计及布置方式来研究分析桥梁结构构造损伤机理，并在桥梁构造部件的检修更换设计角度上提出相应的措施，以提高桥梁整体的耐久性。
1混凝土桥梁结构构造常见病害分析
1.1铺装层破坏
由于桥面铺装暴露于外界环境中，并承受车辆荷载的反复直接作用，极易产生裂缝和破损，严重影响桥梁结构的耐久性。其病害主要表现为：桥面局部范围内出现磨光、龟裂、壅包、脱皮露骨、坑槽以及波浪等。
从设计角度考虑发生病害的主要原因为：①若设计中对桥面铺装的受力情况考虑不周，未考虑参与主梁部分的受力，则可能导致桥面铺装层设计厚度偏薄，从而引起桥面铺装的病害。②在设计混凝土铺装层内的钢筋时，有时为减轻恒载，减小桥面板的厚度，往往采取增加钢筋用量或采用高强度钢筋的设计措施，致使桥面板刚度不足。在承受车辆的外界荷载作用下，产生较大的变形，使桥面铺装出现裂缝。③设计时，人们往往侧重于主梁纵向的计算分析，对桥梁横向结构刚度重视不够，横向构造措施不力，使桥梁横向刚度过小，造成桥面铺装分担过多的次应力而产生裂缝。
1.2桥梁防排水构造
桥梁防排水是桥梁耐久性和防腐的第一道“防线”，桥面防排水系统设置不当会严重影响桥梁整体的耐久性。其病害主要表现为：主体结构出现钢筋锈蚀、混凝土剥落、漏筋、泄水管破裂等现象，致使排水不畅甚至失去排水作用。
从设计角度考虑发生病害的主要原因为：①设计者对桥梁防排水不够重视，在其构造设置上设计的不太合理，严重降低混凝土桥梁防排水的有效性。②设计者往往侧重于防水层的设计，忽略了其他防水设施的作用，使其设置不合理，导致桥梁结构的防排水出现漏洞。③设计时未形成一套完整有效的桥梁防排水系统。
1.3桥梁支座构造
桥梁支座连接着桥梁的上、下部结构，属于重要的结构部件，能有效的传递反力和变形，是影响混凝土桥梁安全性与耐久性的重要构造措施。其病害主要表现为：支座安放位置不精确、缺少防尘罩和防水设施、部分支座老化损坏较严重、支座附近没有维修更换的空间等。
从设计角度考虑发生病害的主要原因为：①支座的设计未能引起足够的重视。②在支座预期寿命小于结构寿命情况下，未留有足够的空间以便于检査和维修，未考虑后期维护的困难和费用。③在支座的细部设计中，未考虑支座采用的材料，及排除可能堆积的尘土和水气。
1.4伸缩缝病害
桥梁伸缩缝具有伸缩、防水、平整等方面的功能，其质量直接影响到桥梁的耐久性和整体性能。其病害主要表现为：填缝材料老化、脱落；缝内落入石块等杂物，伸缩缝不能自由伸缩；固定伸缩缝的混凝土出现裂缝、坑槽；伸缩缝本身变形等，极大的降低了桥梁的耐久性。
从设计角度考虑发生病害的主要原因为：设计不周，只注重计算桥梁的伸缩量，忽略了伸缩缝的类型及技术要求，导致选型不当；设计时，锚固系统设置不当，与主梁连接部分较少，容易产生脱落；桥梁结构设计刚度不足，导致桥面板变形过大。
1.5钢筋防护构造
钢筋防护不当产生锈蚀是导致桥梁结构耐久性下降的重要因素之一。钢筋的布置及保护层的厚度应合理，否则不能有效阻止有害物质入侵，导致钢筋锈蚀，严重影响桥梁结构的耐久性。
从设计角度考虑发生病害的主要原因为：设计时受力钢筋及构造钢筋的根数间距布置的不够合理；混凝土保护层厚度过薄；暴露在混凝土结构构件外的连接件、吊环等金属部件，表面未设计有效的防腐措施。
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2提高桥梁耐久性的构造措施
基于桥梁全寿命设计的理念，桥梁使用寿命设计的确定应综合考虑桥梁的使用环境和使用寿命需求后，合理确定桥梁的设计使用寿命要求。考虑到结构的安全性、适用性和耐久性，设计时应合理选择桥梁的结构型式、所用材料以及必要的防护措施，使整个生命周期达到最优的效益，以实现结构全寿命的设计理念。[5]
桥梁构造的设计寿命比桥梁的整体设计寿命小，为满足使用的需求，必须进行各种养护、维修以及更换处理。因而设计时除了满足安全性能要求外，还应考虑适当的细部构造设计，通过选取适当材料、配合比和防护措施等进行耐久性设计。同时，施工时应对质量进行严格控制，运营期通过监测、养护、维修和更换途径来实现其设计使用寿命。[6]而良好的设计是保证后期耐久性的必要条件，针对上述分析，本文基于结构寿命周期的设计理念，在桥梁构造部件的检修更换设计角度上提出了相应的措施，以提高桥梁整体的耐久性。
2.1铺装层构造措施
桥面铺装层作为桥面板的保护层，其质量好坏直接影响到桥梁结构的安全性和耐久性。基于全寿命设计理念，在构造设计方面应考虑以下措施：①提高设计标准：在荷载作用下，结构设计规范中主要考虑结构的安全性，而环境作用下的耐久性设计处于次要地位，在以往的桥面铺装层设计时一般认为桥面铺装层只是作为桥梁工程的附属结构，很少进行专项设计。因此，耐久性设计方面的规范应随着近年来施工和环境条件的转变而与时俱进。②合理构造细节的设计：选取最终方案时，不仅要从地质条件、施工方法、经济指标等角度来进行分析和评价，还应考虑与桥梁耐久性有关的一些指标和构造细节，如保护层厚度、构造钢筋、混凝土强度、桥梁结构的防水与排水设施、防护措施等，以提高桥梁结构的耐久性。[7]
2.2桥梁防排水构造措施
对于“易损构件”，其使用寿命可远小于桥梁整体的设计使用寿命，因此在防排水体系的构造设计时，必须保证防排水系统检查、维修和更换的便利性。混凝土桥梁防排水系统可采用以下构造措施：①桥面应设计足够大的坡度，尽可能采用整体现浇的形式、采用封闭式排水，以确保水能够被快速排出桥外。②防排水系统必须材料稳定、坚固耐用，能够抵抗一般化学物质的侵蚀。③在便于检修的部位设置排水系统的结合点[8]，通过对“易损构件”的修补或更换来达到桥梁整体的设计使用寿命。
2.3桥梁支座构造措施
对于可检修的构造，设计时应考虑可检性、可修性和可换性原则，通过预留、预埋等各种措施，创造必要的条件。因此，在支座构造设计时，可采用以下构造措施：①在其周围及支座处设置检修空间，方便支座的运送和提升设备的安放，并应为工作人员留有适当的操作平台。②结构设计时，应该对支座所用的材料及到达支座的方式进行相应的考虑并应考虑在支座周围采取有效的排水、除尘、保护、维修措施，以抵抗环境产生的锈蚀。
2.4伸缩缝构造措施
从可更换、可维修的设计角度考虑，桥梁伸缩缝在耐久性构造方面应满足以下要求：在要求的设计使用年限内保持适用性，便于检査和维护；所有伸缩缝都应设计有排水系统，在伸缩缝水汇流的低处，应设计水漏斗及落水管排除缝内积水以减少甚至避免桥梁结构受到腐蚀；伸缩缝的选型上尽量选择隔、防水型伸缩缝，在允许部分桥面通车的情况下可以进行更换；其设计使用寿命应足够长，避免使用中的频繁更换。
2.5钢筋防护构造措施
对于钢筋防护构造，钢筋的根数间距设计应合理，以保证周围混凝土振捣充分；在设计中应综合考虑耐久性和受力性能的需要，根据结构所承受的荷载、所处环境以及材料用量合理地确定保护层厚度，以阻止有害物质侵蚀混凝土腐蚀钢筋；同时，在结构构件外暴露的金属部件表面应设计有效的的防腐措施。
3结语
本文基于结构寿命周期的设计理念，从铺装层、桥梁防排水、桥梁支座、伸缩缝和钢筋防护等角度，在构造设计方面，分析了桥梁结构构造的损伤机理，并从桥梁构造部件的检修更换设计角度上提出了相应的措施，以期对今后的桥梁设计提供相应的参考，以提高桥梁整体的耐久性。
参考文献
[1] SARJA A．Integrated Life Cycle Design of Structures[M]．London and New York: Spon Press， 2002:1－139．
[2]邵旭东，彭建新，晏班夫．桥梁全寿命设计方法框架性研究[J].公路，2006 (1) : 44－49．
[3]陈艾荣，马军海．桥梁全寿命设计方法及关键科学问题[C]/ /2005 年全国公路科技青年论坛论文集．北京:人民交通出版社，2005: 168－184．
[4]叶文亚，李国平，范立础，等．预应力混凝土桥梁全寿命设计研究现状和展望[C]/ /上海市公路学会第7届年会学术论文集．北京:人民交通出版社，2005:166－170．
[5]李海峰，混凝土桥梁耐久性设计与施工关键技术研究[D].硕士学位论文.河南：郑州大学，2012
[6]牛亚洲，薛光雄，王晓芳等.合理耐用桥梁构造对混凝土梁式桥耐久性的影响[J].公路，2010 ( 6) : 86－88．
[7]谭彦娟，桥面铺装层破坏原因及预防措施[J].装饰装修天地，2015
[8]中华人共和国住房和城乡建设部.GB50153-2008 工程结构可靠性设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.
注：基金项目
2017年武昌工学院校级科研课题“结构构造有损伤的梁桥在行车作用下的响应研究”（项目编号：2017KY07）
论文作者:王程程,周子筠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/4
标签：桥梁论文; 耐久性论文; 结构论文; 支座论文; 桥面论文; 伸缩缝论文; 措施论文; 《基层建设》2017年第29期论文;