【市政路桥参考论文】：基于耐久性混凝土桥梁结构设计原则和方法 - 学考通

摘要：近年来，我国桥梁建设工程数量越来越多，建设规模也越来越大，但是，桥梁结构的安全性与耐久性却没有跟随工程建设数量和规模发展脚步。在混凝土桥梁结构设计过程中，设计人员多注重结构强度设计，而忽视结构耐久性设计，从而导致设计出的桥梁结构耐久性难以满足实际的工程建设标准要求和交通需求。基于此，本文简单分析影响混凝土桥梁结构设计耐久性的因素，并总结基于耐久性混凝土桥梁结构设计原则和方法，以期能为后续混凝土桥梁结构设计工作提供有效参考。

　　混凝土桥梁结构耐久性不仅是衡量桥梁使用寿命的重要指标，同时对桥梁运行质量也具有非常大的影响。然而，在设计过程中，不少设计人员并未认识到桥梁结构耐久性设计的重要性，从而导致桥梁结构耐久性不足，这种现象不仅会制约我国桥梁工程的健康、稳定和长久发展，也会对城市交通运输和人们出行质量造成不良影响。基于此，就需要设计人员全面做好基于耐久性的混凝土桥梁结构设计。

　　在混凝土桥梁结构设计过程中，不少设计人员片面地认为提升桥梁结构强度便能促进桥梁工程满足现阶段的工程建设标准和交通需求，这种错误的认知会导致其忽视混凝土结构本身的耐久性设计，从而不能根据工程建设地的实际情况合理进行桥梁结构设计。这种现象不仅会降低混凝土桥梁结构的耐久性，同时也会降低其承重标准，导致混凝土桥梁在实际运行过程中出现较多的安全隐患。

　　材料选择是否得当也是影响混凝土桥梁结构设计耐久性的重要因素之一。对于混凝土桥梁而言，合理选择混凝土混合料及其他材料，不仅能提高工程施工质量，还能提升其结构强度和延长混凝土使用寿命，从而能提高桥梁结构的耐久性。例如，合理选择混凝土的高碱溶液，可在混凝土内部钢筋结构表面形成一层氧化铁保护膜，不仅能防止混凝土发生开裂和钢筋发生腐蚀等病害问题，还能有效提高整体结构的耐久性。然而，在实际设计过程中，不少设计人员并未考虑材料因素对混凝土桥梁结构和设计质量的影响，从而难以选择合理的材料进行工程建设[1]。

　　为提高混凝土桥梁结构设计质量和桥梁结构的耐久性，需要设计人员在设计过程中遵循以下原则进行合理设计：(1)整体性原则，指的是设计过程中需保证混凝土桥梁结构连续性和整体性原则，这样不仅能有效提高桥梁整体的美观性，还能提高桥梁结构刚度和承载能力，从而提高其耐久性。一般来说，要达到整体性设计目标要求，多采用无伸缩缝桥梁结构设计方式进行混凝土桥梁结构设计，原因为混凝土桥梁在实际运行过程中，受大自然环境、雨水、海水侵蚀等因素的影响，常常会导致其结构出现伸缩缝病害，采用无伸缩缝桥梁结构设计便能有效避免这一病害问题的发生，同时还能提高桥梁结构的连续性和整体性；(2)应力均匀流畅。在设计过程中还需遵循应力均匀流畅原则，要确保桥梁结构应力均匀、结构力学连续以及力的传递路线简洁、平滑，这样不仅能避免桥梁结构薄弱区域发生各种病害问题，还能提高桥梁结构的耐久性；(3)缩短传力路径，对于混凝土桥梁结构而言，桥梁结构和传力路径越复杂，各结构部位发生损伤的概率越高，因此，还需要设计人员遵循缩短传力路径原则进行设计，采用最简捷的方法进行桥梁结构传力路径设计，提高桥梁结构的稳定性和耐久性[2]。

　　相关研究证实，在混凝土桥梁结构设计和建设过程中，水泥种类、用量及水灰比等均会对混凝土的碳化速度产生一定影响，并破坏混凝土的酸碱度，从而影响混凝土桥梁结构的耐久性。因此，设计人员在设计过程中需要考虑上述因素对桥梁结构的影响，合理选择混凝土材料和严格控制混相关水泥用量及水灰比。一般来说，含碱度较高的水泥与其他配料混合后易发生膨胀反应，从而增加桥梁开裂发生概率。对此，就需要设计人员在设计过程中采用低碱水泥作为建筑材料，严格控制水灰比，增强凝土的抗渗性，提高混凝土桥梁结构耐久性[3]。

　　一项关于钢筋混凝土简支梁桥梁工程结构设计实践证实，增加混凝土结构保护层厚度，可有效提高整个桥梁结构的耐久性。但是，增加混凝土结构保护层厚度也会导致工程建设投资成本增加，为了平衡混凝土桥梁结构耐久性和经济型工程建设的要求，需要设计人员参考主梁钢筋保护层厚对桥梁耐久性影响设计标准（见图1），合理确定保护层厚度，这样不仅能降低工程投资成本，还能提高桥梁结构耐久性。

　　做好桥梁伸缩缝构造设计是提升混凝土桥梁结构设计质量的关键，因此，就需要设计人员采用规范的方法进行桥梁伸缩缝构造设计，如对主梁和伸缩缝两侧之间的钢筋进行预埋设计，这样能有效提高伸缩缝整体结构的稳定性。其次，在对桥梁整体结构进行设计时，尽量采用铰接方式替代伸缩缝，以降低伸缩缝设置数量，从而最大限度避免或减少伸缩缝病害问题的发生[4]。

　　做好桥梁防排水结构设计，尽可能减少桥梁表面积水和桥下渗水，亦能有效提高混凝土桥梁结构耐久性。因此，在设计过程中，设计人员需要根据桥梁结构实际情况做好防排水构造设计，如对于水平设置的桥梁结构，一般不需在桥梁构件上设置排水系统出口，这样可有效避免桥梁构件漏水所致的积水问题发生。设置桥面泄水管时，需对泄水管与混凝土进行隔离，并采取有效措施对泄水管进行密封处理，这样可确保桥面的积水全部排到桥下。对于桥梁外侧翼板，需采用垂裙式墙式护栏防水结构进行设计，这样可防止水流顺着翼板底部流下。

　　相比其他的混凝土桥梁构件（见图2），桥梁支座构件使用寿命相对较短，为延长桥梁支座构件使用寿命和提高支座结构耐久性，就需要设计人员对支座周围的细部结构进行优化设计，如做好支座周围的细部结构的防尘、防水设计，这样可有效减少周围尘土和积水对支座结构的影响。另外，在设计过程中，还需在支座墩顶上预留一定设备空间，便于后续进行支座维修和更换处理。

　　混凝土桥梁的桥面是桥梁与车辆直接接触的地方，且在实际运行过程中，受桥面上行车荷载、外部温度、环境等因素的影响，常常会导致桥面发生开裂、变形、下沉等病害问题，这些问题也不仅会显着降低桥梁结构的耐久性，还会影响行车安全。因此，就需要设计人员严格做好桥面设计，如设计过程中，选择密实性较好、等级较高的混凝土进行桥面铺设，这样能有效防止和降低桥面开裂发生概率。并且，还可将复合纤维混凝土掺入水泥中，这样能有效提高桥面和整个桥梁结构的耐久性[5]。

　　相比其他工程，混凝土桥梁工程对结构受力和耐久性要求更高，原因是在实际运行过程中，混凝土桥梁结构会受到上部行车荷载、外部环境、雨水及其下部水体腐蚀等多方面因素的影响，导致混凝土桥梁结构发生腐蚀、损坏等现象，从而会降低桥梁结构的耐久性。一旦混凝土桥梁结构耐久性降低，不仅会缩短桥梁的使用寿命，同时还会影响城市交通运输和人们出行质量。基于此，就需要设计人员严格做好基于耐久性的混凝土桥梁结构设计，如遵循整体性原则、应力均匀流畅、缩短传力路径等原则进行设计。另外，还需掌握基于耐久性混凝土桥梁结构设计方法，如合理选择混凝土材料、做好混凝土结构保护层厚度设计、桥梁伸缩缝构造设计、桥梁防排水结构设计、桥梁支座结构设计以及桥面设计。只有这样，才能全面提高混凝土桥梁结构设计质量和耐久性。