耐久性混凝土问题及桥梁结构设计

1混凝土耐久性问题

1.1耐久性设计标准偏低

虽然说混凝土耐久性与桥梁结构安全性都会受到环境影响,但桥梁缺陷和病害等问题主要是由于设计不合理造成。很多桥梁投入使用后,不重视维护,桥梁管理也不到位。在桥梁设计过程中,对于混凝土耐久性问题没有进行充分考虑,偏向考虑结构强度和承载能力,只重视主体设计,不重视细节方面的设计,从而导致混凝土耐久性偏低[1]。桥梁设计通常比较注重结构安全性和强度问题,对于结构材料的选择及构造设计不够重视,没有根据建设环境,制定混凝土耐久性标准,技术措施不到位。再加上环境的影响,导致桥梁耐久性不足。

1.2受到环境因素的影响

环境是影响混凝土耐久性的重要原因,也是最主要的原因之一。混凝土材料特性和环境原因影响,会导致混凝土裂缝现象,使钢筋受到锈蚀,致使混凝土脱落、损坏等现象出现。长期以往循环,可导致钢筋及混凝土面积逐渐缩小,降低结构性能,使结构承载力降低,结构耐久性不足。这些问题的出现,与设计也有一定关系,如果桥梁设计采用的钢筋保护层较薄,厚度达不到要求,或混凝土水胶比过大,都会导致混凝土破损问题。

2桥梁耐久性设计方法

在桥梁建设规定中,提出了关于桥梁耐久性的设计要求,制定了相关的技术标准和设计规范,表明混凝土桥梁结构设计应根据建设环境、极限状态及设计年限等,制定耐久性设计要求。总的来说,桥梁结构耐久性设计主要注意以下几点。

2.1混凝土性能及强度应符合桥梁结构设计要求

桥梁结构设计除了要重视混凝土性能和强度外,还要重视混凝土的耐久性,确保桥梁在环境影响下,仍然具有较好的抗腐蚀、抗碳化作用,及较高的抗冻融性和抗渗性。因此,在进行桥梁结构设计时,应以结构所处环境、使用性能等,制定混凝土要求标准,选择耐久性合适的混凝土,在添加剂方面,一定要合理应用,确保混凝土抗破损能力,提高其密实度[2]。如果桥梁建在一些靠海区域,可采用耐久性较高的混凝土进行桥梁底部建设。应严格按照混凝土的配比,以及相关的技术标准,确保混凝土中的碱含量及氯离子含量符合设计要求,强度等级可满足设计需求,水胶比符合限制标准,严格控制水泥用量,采用质量合格的原材料,只有这样,才能保证混凝的土耐久性标准。

如果桥梁受到恶劣环境影响,决定桥梁结构强度的是混凝土耐久性,而不是桥梁承载力。例如,一些北方地区,邻近海边,环境因素较复杂,对桥梁结构的影响较大,如果混凝土耐久性差,就会降低结构强度。如果桥梁结构所处环境变化较大,应同时满足不同环境下,桥梁对于混凝土耐久性及结构强度要求。如果构件经常处于潮湿环境,接触水源,应按照冻融环境要求,来设计伸缩缝,确保其墩帽顶面耐久性;如果桥梁是跨海桥梁,长期受到氯盐侵蚀,预应力及钢筋混凝土的水泥,应尽量选择低氯离子水泥,并采用引气剂进行墩柱建设,除此之外,还要制定防腐防侵蚀相关措施,提高局部强度。

2.2注意细节设计,防止裂缝出现

如果桥梁所处环境较为复杂,应尽量设计简洁的混凝土构件外形,避免过多暴露混凝土的棱角和表面,混凝土棱角尽量采用圆角代替。结构在布置方面和形状设计方面,应注意通风问题,以便混凝土养护和振捣。根据排水要求设计混凝土表面形状,结构缝应进行合理设计,尤其是构造设计,避免由于荷载增加,应力聚集,导致变形现象。一些水位变动较大、干湿交替部位,以及受到氯盐侵蚀的部位,应及时采取防护措施,避免构件受到侵蚀。可进行憎水处理和防水处理,或通过表明涂层措施防止腐蚀。

2.3确保混凝土保护层的设计符合要求,增加其厚度

采用厚度适宜的保护层,不仅可以降低混凝土碳化速度,还可以避免氯离子扩散,有效提高混凝土耐久性。因此,为了防止钢筋出现锈蚀现象,应尽量采用厚度较大的保护层。

2.4做好桥面的防水设计和排水设计

在进行高架立交桥及主桥的桥面纵坡设计时,应考虑横坡及纵坡斜度,设计排水设施,如泄水孔,确保桥梁交通安全,解决桥面积水,确保排水系统的有效性。桥面应设计防水层,如柔性防水层、刚性防水层等,如果条件允许,也可以同时设计两种防水层,提高桥梁的防水效果[3]。

2.5在附属构造及结构设计方面,应注重细节

很多桥梁在上部结构设计过程中,采用纵横湿接头与预制简支梁进行连接,对于后期混凝土的耐久性没有过多要求,导致结构强度降低。这样的设计容易导致混凝土收缩,出现裂缝,甚至导致渗水漏水现象,腐蚀混凝土,造成混凝土损坏。因此,在进行附属构造或结构设计时,应尽量避免这种设计方式,如果必须采用这种设计结构,那么应做好防护措施,将膨胀剂添加在后浇带部分混凝土中,避免混凝土出现收缩现象,以此提高混凝土耐久性[4]。主梁与伸缩缝之间的连接处,容易出现破损,混凝土耐久性要求较高,因此,应采用耐久性较好的混凝土进行施工,并在混凝土中添加适量纤维增韧材料或膨胀剂,同时,合理设计构造钢筋及伸缩装置,使两者合理连接。构件部分与后浇部分应选用等级相同的混凝土,以达到金属锚具封闭效果,避免预应力改变。

2.6强化钢筋构造,避免混凝土裂缝出现

混凝土一旦出现裂缝,就会导致水渗入及气渗入,腐蚀钢筋混凝土,降低混凝土耐久性。因此,应重视裂缝控制,尽量提高混凝土耐久性。设计桥梁混凝土结构时,以预应力混凝土结构为主,增加抗裂设计,合理布置钢筋构造,避免构造间距或直径过大,产生裂缝。

3结束语

综上所述,混凝土耐久性关系到桥梁整体承载力、实用性及安全性,应尽量通过科学、合理的结构设计,优化桥梁结构,提高混凝土耐久性,更新设计理念,注重细节方面的设计,避免混凝土出现裂缝、脱落、损坏等现象,提高桥梁强度,延长桥梁的使用寿命。

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