桥梁耐久性设计方法探究

桥梁耐久性设计方法探究

廖宇何方旭

中交公路规划设计院有限公司北京100088

摘要：随着我国桥梁建设的日益腾飞，结构耐久性设计技术在质量的保证问题中已经成为当下企业竞争的核心问题。据相关统计，在我国的公路网中，各种危桥的数量已突破8万余座，占到了桥梁总数的11%左右，极大的限制了我国公路网的安全发展。现如今，沥青材料更多的被应用到桥面铺装层上。由于沥青铺装层是由水泥混凝土桥面板和沥青混合料铺装层两种刚度不同的材料组成，同时，车辆荷载直接作用在上面。这就导致了铺装层易毁坏，容易导致桥梁的耐久性下降。因此进一步加强对其的研究非常有必要。本文主要就现代公路桥梁的结构耐久性技术做出分析。

关键词：公路桥梁；耐久性；设计方法；

1桥梁结构耐久性常见病害和损伤机理

造成桥梁耐久性下降的病害就上部结构和下部结构来说是非常多的。本章就主要的常见病害进行简要的探究，阐述它们在桥梁结构耐久性中的影响。桥梁结构主要病害主要包括附属设施和主体结构方面，附属设施方面包括桥面铺装早期破坏、伸缩缝病害、桥头跳车、支座受害和单板断裂，而主体结构方面主要包括表层病害和结构裂缝。

1.1桥梁耐久性常见病害分析

（1）桥面铺装早期破坏现象；桥面铺装层不仅在结构上可以使桥梁更加美观，驾驶员行车平顺，更重要的是它在受力上可以时的集中的车辆荷载均匀分布到桥面板上，较小桥面板的受力。但是随着重型车辆的不断激增以及材料发展的限制。常常会导致桥面铺装层出现裂缝，裂缝一旦出现，将对于桥梁结构受力和外观服务质量的尤为不利。因此，减小裂缝的出现是当下桥梁工作者最应该解决的问题之一。

（2）伸缩缝病害；伸缩缝的破坏一般是温度裂缝导致的，温度裂缝是由于材料的热胀冷缩而导致的；这种裂缝常常发生在昼夜温差和季节温差比较大的地区。当桥面铺装层在温差效应下发生热胀冷缩时，其材料质软易发生拉伸和缩短变形。由于在空间上受到桥面板的限制，其将产生翘曲应力和挤压应力。而挤压应力由于存在伸缩缝不易产生裂缝，翘曲应力使得桥面板产生纵向裂缝。所以，伸缩缝病害一般发生在温度下降过程中。

1.2桥梁结构耐久性损伤机理

1.2.1施工因素

在桥梁的施工过程中如果控制不好极容易产生导致耐久性下降，大多数主要是由于这几个环节没有做好而导致的：（1）水泥浆拌制太稀造成坍落度偏大，裂缝形成过程加剧；而太过粘稠则导致失水干缩形成裂缝，因此，精确的配合比对于桥梁桥面的质量尤为重要。（2）沥青材料的标号选择不合格，降低了桥面铺装层与桥面板间的粘聚性。通车后在车辆荷载的重复作用下使桥面混凝土出现裂缝现象[1]。（3）钢筋网定位偏移。钢筋网在进行混凝土的浇注时，由于施工人员操作不当，或者遭到运输机具碾压等影响，钢筋网发生走位，降低了其本来的承荷能力。这极容易导致桥面裂缝的。

1.2.2外界环境的影响

重载车辆的出现导致了超载现象频发，这大大加重了桥面铺装层的负荷，而且轴重的增加会导致出现较大的冲击荷载。在桥面的伸缩缝和施工缝等薄弱位置，冲击作用会导致这些地方先发生破坏。而如果这种现象得不到改善，将进而促使破坏向其他部位扩展恶化。

2公路混凝土桥梁耐久性设计控制要点

2.1混凝土的浇筑

混凝土的浇筑过程的质量好坏直接影响着混凝土成型后的均匀密实性，在实际的浇筑过程中可能会出现一些对浇筑不利的情况。所以，浇筑过程必须严格控制，出现问题应及时解决。浇筑过程控制问题主要包括：

（1）浇筑准备：检验混凝土拌合料工作性能，针对远距离运输的混凝土，必须严格控制塌落度和扩展度指标。

（2）浇筑温度：在高温环境下进行混凝土浇筑时，应及时采取降温方案，如避免阳光直射新浇混凝土表面、选择在早上或傍晚等低温环境下进行、在内部安装冷却管、对模板以及骨料预先冷却等；

2.2混凝土的养护

混凝土前期的强度一般都能得到保证，但是随着时间的加长其后期的强度增加是非常缓慢的，其就需要对其进行优质的养护措施。养护强度对混凝土桥梁的耐久性起着至关重要的作用，在养护过程中，养护湿度和温度决定了养护的质量优劣程度。在我国主要采用单一控制养护，主要包括湿气养护和蒸气养护两大类，具体采取哪种方法要结合不同的施工方法和养护环境决定[2]。

2.3防止过早拆除模板和支撑

在现浇混凝土和预制拼装施工的每一个环节对桥梁的耐久性都有很大的影响。其中对于现浇混凝土，其主体由混凝土、支撑和固定模板组成一体。当及早的拆除模板后，其混凝土强度就不能达到其设计的强度要求。同时，加上实际的受力情况与设计存在一定的偏差，这就会导致混凝土桥梁的耐久性受到很大的影响。

3桥梁耐久性设计方法探究

3.1钢纤维混凝土补强法

钢纤维混凝土由于其优越的力学性质常常被用到沥青铺装层中（掺量为1%～2%）。它能起到增强桥面抗裂性、抗弯曲性、耐冲击性和耐疲劳等性能的作用。钢纤维混凝土可以和旧桥面完全粘结在一起，由于其含有钢珠，其刚度较大。可以承担行车道板的一部分力，其主要的受力性能和钢材差不多。在行车道板处承受车道荷载的弯矩和拉力，钢纤维混凝土在支座处还可以可承担一部分的负弯矩。在简支梁桥桥面可安置钢纤维混凝土塑性铰，取缔了传统的伸缩缝，从而形成连续桥面，大大增加了行车的舒适性[3]。由于其优越性，这种方法将会在今后的桥面维修得到推广。

3.2钢筋网混凝土补强加固法

旧路桥面如果在长期的重型汽车压迫下会发生很严重的破裂，这时候对铺装层就要全面改治。采取更换铺装层并利用钢筋网混凝土浇筑修补的方法。修补前先将旧桥面铺装层凿去。并在旧桥面板上挖出深浅的凹槽，然后将钢筋网埋设在其中，浇筑混凝土达到标准强度即可［4］。这种方法一般不推荐使用，因为其成本较高。

3.3混凝土粘结剂修补法

混凝土粘结剂修补法的主要原理是增加铺装层和桥面板的粘结力，使得它们相互之间受力更加均匀。桥面破坏较轻的桥面可以采用表面封涂修补，而破坏比较严重的桥面可以采用浇筑涂层修补法。其操作步骤和裂缝凿槽嵌补法大同小异。都要经历挖槽、灌浆等环节。该方法目前使用得比较普遍。

3.4裂缝凿槽嵌补法

凿槽嵌补法是一种对裂缝局部修理最好的方法。其原理是沿裂缝两边对称挖槽，然后在槽内嵌补各种粘结材料和补强外加剂。修复之前先将表面清楚干净，然后再在缺陷表面凿出大小不一的毛孔，并将凸状物和尖状物全部清除。凿毛的深度要达到使骨料露出的深度要求，最后再用粘结材料和补强外加剂等进行修补。

4结语

在进行桥梁耐久性设计时，必须先对桥梁主要构件的实际工作环境和使用寿命进行全面的了解，这就需要桥梁工作者对各种混凝土耐久性病害进行深刻的调查和力学实验。探究其产生导致耐久性下降的各种病害的原因，积累主要工作性能数据，整理并建立出一套完备的资料数据系统。只有理论结合实践和试验才能探究出各种桥梁耐久性设计的最优方法。

参考文献

[1]李海峰，徐珂，李清富.桥面铺装与伸缩缝病害及其防治[J].河南建材,2012,(1):2426.

[2]金伟良，赵羽习.结构耐久性[M].北京:科学出版社,2002.8890.

[3]钟万金.改善桥梁耐久性的措施研究[J].中国科技财富,2009,(4):36.

[4]蔡二龙.既有钢筋混凝士桥梁耐久性综合评估新方法的研究[D].天津大学,2007.