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淺論混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的耐久性設(shè)計
發(fā)布時間:2014-07-21
  摘要:隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的不斷發(fā)展,城市橋梁和公路橋梁的負(fù)荷越來越重,造成混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的不同程度的損壞;在設(shè)計和施工過程中不注重細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計也是造成橋梁耐久性的一個很重要的因素,這些問題的存在嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命,因而從多方面對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計的分析和研究是非常必要的。
  關(guān)鍵詞:橋梁負(fù)荷;使用壽命;混凝土結(jié)構(gòu);耐久性設(shè)計;橋梁細(xì)部構(gòu)造
  1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的主要原因
  1.1 工程設(shè)計的耐久性標(biāo)準(zhǔn)低
  結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范主要考慮荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性,環(huán)境作用下的耐久性設(shè)計處于次要的地位,有很多指標(biāo)都是定性的規(guī)定,在一些細(xì)部構(gòu)造設(shè)計方面存在一定的漏洞。規(guī)范中沒有設(shè)計壽命和耐久性設(shè)計的明確要求。規(guī)范在耐久性設(shè)計方面不能隨著今年來水泥的性能、施工條件、環(huán)境條件的巨大轉(zhuǎn)變而與時俱進(jìn)。
  1.2 工程施工過程中片面的追求施工進(jìn)度
  由于混凝土強(qiáng)度等級的提高和施工進(jìn)度的加快,實際耐久性質(zhì)量大幅度下降。在一些橋梁的混凝土施工中添加的早強(qiáng)劑,使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和后期強(qiáng)度發(fā)展不良,易開裂,耐久性降低。養(yǎng)護(hù)不良使表層混凝土的抗?jié)B性成倍降低,使鋼筋開始銹蝕的年限成倍縮小。
  1.3 在橋梁運(yùn)營過程中缺少正常的檢測和維修
  結(jié)構(gòu)耐久性需要有正確使用和正常檢測與維修相配合。重新建、輕維修是橋梁建設(shè)管理工作中重大缺陷,對于基礎(chǔ)設(shè)施工程,應(yīng)在設(shè)計中進(jìn)行結(jié)構(gòu)全壽命經(jīng)濟(jì)分析與評價,只有適當(dāng)加大初始投資費(fèi)用,強(qiáng)化結(jié)構(gòu)耐久性,才是最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。
  2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的主要內(nèi)容
  2.1 混凝土材料的選擇
  混凝土應(yīng)選用低水化熱、低C3A含量、偏低含堿量的水泥;炷恋墓橇弦诉x用堅固耐久的潔凈骨料,重視粗骨料級配及粒形,可以將適量引起作為常規(guī)手段,宜采用偏低的用水量并限制單方混凝土中水泥材料最低和最高用量,盡可能降低水泥材料中的硅酸鹽水泥用量。
  2.2 上部結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計
  ①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件,也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用,另一方面又承受著主梁傳遞的反復(fù)應(yīng)力和撓變,經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞,進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng),最終導(dǎo)致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋,鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離,削弱了主梁的受力性能,影響了整個結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。
 、跇蛎防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計中僅單一采用防水混凝土進(jìn)行防水。
  由于防水混凝土屬于剛性防水層,一旦開裂后防水性能便大為下降。
 、壑髁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件,一般在設(shè)計當(dāng)中均要進(jìn)行整體分析和局部分析,重視程度很高,從理論計算角度均能滿足規(guī)范要求?墒窃趯嶋H運(yùn)營當(dāng)中,主梁(主要是箱梁)箱體內(nèi)長期大量積水的現(xiàn)象時有發(fā)生,甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生,極大地?fù)p傷了主梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋,使得主梁安全性大大下降。究其原因,很大程度上是對于主梁細(xì)節(jié)設(shè)計的不到位,主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善,橋面積水在長時間不能排出橋外時便通過梁頂裂隙進(jìn)入箱體,進(jìn)而在箱體內(nèi)不斷積累,最終形成箱體內(nèi)積水。
 、苌炜s縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分,直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對主梁收縮徐變考慮不足,經(jīng)常出現(xiàn)的問題是型號選擇不當(dāng),導(dǎo)致梁端或在最高溫度時擠壓損壞,或在最低溫度時拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時,也應(yīng)重視防水設(shè)計。在很多設(shè)計中,采用直線式伸縮縫,這樣做固然設(shè)計比較方便,但在橋梁兩端的護(hù)欄處成為主要的漏水區(qū)域。因此,建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫,使得整個伸縮縫形成一個閉合良好的U型槽,可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上。
  3 下部結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計
  3.1 分聯(lián)墩蓋梁
  分聯(lián)墩處由于上部結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫,橋面水經(jīng)常通過伸縮縫薄弱環(huán)節(jié)泄漏到分聯(lián)墩蓋梁上,尤其是采用除冰鹽的地區(qū),分聯(lián)墩蓋梁長期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此,分聯(lián)墩蓋梁頂面應(yīng)該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水,并且要在蓋梁保護(hù)層厚度方面重點考慮防腐蝕要求。另外,為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下,避免對墩身和樁基產(chǎn)生不利的影響,設(shè)計中可在蓋梁挑檐上設(shè)置滴水槽。
  3.2 樁頂
  橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全,是橋梁設(shè)計的重中之重。樁基頂部與承臺或墩身相連,受截面突變的影響,屬于應(yīng)力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計于地面線附近,受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土(尤其像鹽漬土、土中有機(jī)質(zhì))等因素中的一種或幾種的影響,經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境,對于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此,樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級,選擇相應(yīng)的耐久性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),最終確定保護(hù)層厚度。
  4 小結(jié)
  通過前面各部分的介紹,我們對于常規(guī)設(shè)計中一些容易被忽視而又影響結(jié)構(gòu)安全的細(xì)部設(shè)計有了一定的認(rèn)識。只要能夠有足夠的重視,采取一些必要的措施,完全可以把這些細(xì)節(jié)問題通過代價并不高的方式加以解決。耐久性預(yù)測不可能是一本精確的科學(xué),結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測只能是個估計。由于影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多,在工程實踐中要不斷進(jìn)行總結(jié),吸取經(jīng)驗教訓(xùn),作為設(shè)計工作者應(yīng)結(jié)合已有的設(shè)計經(jīng)驗和當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)實踐認(rèn)真進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計。
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