桥梁结构耐久性设计方法研究
桥梁结构耐久性设计方法研究
杜 勇
河南省新蔡县农村公路管理所 ，河南驻马店 463000
摘 要 目前桥梁建设存在的主要问题是耐久性差 ，正常使用寿命短及整个寿命周期内经济效益低等。本文结合
影响耐久性能的各种因素 ，对桥梁结构的耐久性设计方法进行了研究分析 ，并提出了桥梁结构耐久性设计的具体措
施。
关 键 词 桥梁结构 ；耐久性能 ；病害 ；耐久性设计方法
桥梁结构耐久是指在设计年限内 ，在外界条件和其他突发事件等共同作用下 ，能够在预期维护和维修情况下 ，保持结构
安全性、适用性及外观稳定性的能力。桥梁结构耐久性是桥梁结构安全性、适用等性能的综合评价指标。我国正处在桥梁基
础建设迅速发展时期 ，研究桥梁建设目前存在的问题以及桥梁结构的耐久性显得更为紧迫和意义重大。
1 桥梁结构耐久性因素研究
影响桥梁结构稳定性的因素较为复杂 ，主要影响因素桥梁结构的病害。对于桥梁结构耐久性能的研究也就是对引起桥梁
结构耐久性病害的因素的分析。引起桥梁结构结构病害产生的因素主要有设计方面的因素、施工与管理方面的因素以及使用
因素。
1.1 影响桥梁结构耐久性能的主要病害
1.1.1 桥面铺装破坏以及桥头跳车
桥面铺装破坏是在正常使用年限内 ，由于车辆荷载的长期作用 ，使桥面板出现凹凸不平或者面板块状剥落等破坏现象。
另外 ，由于交通行业的快速发展 ，超载现场的普遍存在 ，使桥面铺装破坏更加普遍且难以控制。
桥台后的填土下沉 ，使桥台高于路面 ，桥台与路面产生高差这中现象为桥头跳车。桥头跳车现象使行驶车辆对桥台及整
个桥梁结构产生较大的冲击力 ，冲击力的作用更加加剧了跳车现象 ，也严重影响了桥梁结构耐久性能。
1.1.2 混凝土的开裂及钢筋锈蚀
混凝土开裂是建筑结构常见的病害 ，混凝土梁体的开裂是影响桥梁结构耐久性能的病害中较为普遍的病害。混凝土裂缝
按裂缝的成因不同可以分为结构裂缝和非结构裂缝。非结构裂缝是由于混凝土结构变形收到约束而产生的裂缝 ，严重影响着
混凝土结构的耐久性能。结构裂缝是由于混凝土结构承受的力超过混凝土结构的极限抗拉强度而产生的裂缝 ，普遍存在于混
凝土结构中 ，一般对结构的性能影响可以忽略。钢筋锈蚀的主要由于氯离子的侵蚀和混凝土的碳化。混凝
土中钢筋的锈蚀使得钢筋的受力面积减少 ，并且锈蚀钢筋的体积膨胀导致混凝土的剥落 ，同时使混凝土结构的受力截面也减
少。另外 ，钢筋锈蚀使得钢筋与混凝土之间的粘结力减少、钢筋与混凝土结构的共同作用受到严重破坏 ，结构的承载能力下
降。钢筋的保护层混凝土剥落使钢筋暴露于空气中 ，加快了钢筋的锈蚀 ，造成恶性循环 ，严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。
1.2 影响桥梁结构耐久性能的病害的成因分析
桥梁结构病害成因较多 ，涉及范围较广 ，且因桥梁结构类型和使用环境不同而不同。另外 ，桥梁病害涉及到从勘测、设
计、施工、使用、养护等整个桥梁的寿命周期。因此 ，对于桥梁结构病害的防治比较困难 ，必须根据具体的情况 ，合理的设
置防治措施。
1.2.1 施工方面的因素
1）施工质量标准低
在施工过程中对施工技术以及材料等控制不严格 ，造成结构施工质量降低。这种现象虽然对结构的短期使用性能没有影
响 ，但是严重影响着桥梁结构耐久性能。常见的施工问题有 ：（1）施工裂缝处理未严格按照规范要求 ；（2）预应力混凝土结
构中钢筋的张拉力不足 ，张拉技术不规范 ，锚固设施防护不够 ；（3）混凝土搅拌、浇筑及养护不当 ；（4）建筑材料质量控制不
严格。施工技术与材料的控制不规范 ，导致结构质量降低 ，使桥梁结构在使用年限内出现影响使用的病害 ，甚至在刚开始使
用不久就出现影响耐久性不足的问题。
2）施工管理制度不完善
目前桥梁建设期管理的制度还不完善 ，一些惯例和做法也在一定程度上导致桥梁病害突出、耐久性不能满足要求。施工
管理中存在的比较普遍的问题有 ：1）在项目建设过程中 ，建设单位往往只注重桥梁工程施工成本 ，忽略了桥梁从项目建议
书、施工设计、运营、养护维修整个寿命周期的总体成本。工
程实践证明 ：一味地追求降低施工成本 ，不仅影响结构的耐久性性能 ，后期的养护维修费用剧增。因此 ，合理地规范施工管
理制度 ，将施工成本应视为项目成本控制的一部分 ，统筹兼顾项目寿命周期的各种成本 ，使项目的总成本达到最低 ；
2）对于工期设计不合理。建设单位与施工单位为了控制工期 ，一味缩短工期 ，降低工期成本 ，最后导结构耐久性能差。对于混凝
土桥梁结构足够的养护时间是保证其耐久性能最基本要求。提前完成合同规定的工期 ，虽然有利减少工期成本 ，但是后期的
维修养护费用投资剧增 ，结构使用寿命降低。另外 ，工程竣工一年后进行竣工验收 ，在一年保修期内工程质量问题由施工单
位负责 ，超过一年以后工程出现问题有业主承担维修费用 ，这种移交方式更加滋养了施工单位对桥梁结构耐久性能的忽视。
1.2.2 设计方面的因素
桥梁的大部分病害与桥梁工程施工质量与施工管理密切相
关 ，但是对于设计方面存在的问题也不可忽视。设计人员往往只追求规范对结构强度的要求 ，忽视从设计方案、材料选取 ，
结构维护等方面保证结构的安全性能、耐久性能。目前桥梁工程设计中存在的主要问题有 ：设计标准不高 ，结构与构造细节
重视度低等。
1.2.3 使用的因素
由于经济的快速发展 ，桥梁通行量大于原设计车流量以及车量违规超载是当前我国交通运输行业常见的桥梁超负荷现
象。桥梁超负荷工作不仅易引起桥梁的疲劳应力幅度增大 ，同
时长期超负荷工作造成桥梁内部损伤难以恢复 ，严重缩短桥梁的使用寿命 ，造成在设计年限内桥梁结构的安全性与耐久性指
标难以实现。
1.3 桥梁结构耐久性设计方法研究
关于混凝土结构耐久性能在设计使用年限内的研究往往仅限于环境因素引起的钢筋锈蚀及混凝土剥落受力截面减少等问
题上。在工程实际中桥梁结构的耐久性能降低的是多种因素的综合作用 ，相对来说比较复杂。
1.3.1 建筑结构耐久性设计方法
针对影响桥梁耐久性的因素 ，对结构耐久性研究包括基于材料性能退化、构造与构造因素以及全寿命经济性的耐久性设
计方法进行详细的研究分析。结构耐久性不足最终的表现形式大多为材料的物理特性与
力学特性的丧失。常见的如 ：混凝土结构的开裂、剥落 ，钢筋以及结构中的钢构件的锈蚀等。建筑材料的耐久性能严重影响
了结构的那就性能 ，因此 ，基于材料耐久性能研究的基础上 ，对结构的耐久性能做了进一步的研究。基于建筑材料耐久性能
退化的建筑结构耐久性的设计的方法分为建筑材料层次的耐久性设计方法和构件与结构层次的耐久性设计方法。材料层析的
耐久研究就是对混凝土结构的碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀影响耐久性的因素进行研究。构件与结构层次的耐久性研究是通
过模拟实验锈后构件的承载能力进行计算 ，并根据统计数据预测结构件的使用寿命。
1.3.2 耐久性设计具体实施方法
1）确定设计使用寿命及结构耐久性的极限
设计使用寿命是根据工程设计的年限及桥梁结构的重要性与耐久性等级等因素综合考虑确定的。在我国桥梁的使用寿命
问题一直没有得到明确的研究和具体的规范 ，所以对同一桥梁工程不同对使用寿命的估计往往并不唯一。
耐久性能的确定依据强度的极限状态 ，忽视了桥梁结构运营期各种原因导师的使用性能下降。在耐久性设计计算理论中，
可以根据需要选择适用耐久性极限、安全耐久性极限、经济耐久性极限。达到适用极限的桥梁结构需要进行全面维修 ，来恢
复适用功能 ；安全耐久性极限以结构能够保证安全的最大承载能力分界值 ；经济耐久性极限对丧失使用性能的结构进行修复
已经不具有经济性。
2）分析影响结构耐久性的因素
首先通过勘测和查找资料确定桥梁工程所在地的气候条件和地质条件 ，进行环境效应分析 ，然后根据环境效应分析 ，确
定影响桥梁结构耐久性能的因素 ，最后桥梁结构使用性能在这些影响因素的作用下的退化机理。
3）建立耐久性模型 ，并计算耐久性参数
对影响结构耐久性的因素进行筛选 ，选择影响结构耐久性的决定因素 ，建立耐久性计算模型。分析模型中各影响因素得
到耐久性参数 ，建立耐久性性计算公式。最后将各影响参数代入公式计算出结构的耐久度。例如 ，建立基于材料碳化的结构
耐久度的计算 ，需要考虑材料的碳化深度、剩余碳化深度、环境因子 ，结构应力等多种因素。
4）修正耐久性计算公式及参数 ，确立耐久度的最终计算
公式
有些耐久性参数可能影响到结构应力问题 ，比如说混凝土保护层厚度、钢筋的锈蚀程度等。在耐久性设计是应考虑材料
参数对应力效应的影响 ，对耐久性参数进行修正。另外 ，为进一步保证提高结构耐久性 ，还用对结构耐久性设计进行优化 ，
最后对得到较为经济合理的耐久性设计方案。我国现有桥梁的数量已经十分巨大 ，其中不少桥梁在刚建
成不久就出现严重的病害 ，甚至出现倒塌等毁灭性的事故。展开对桥梁耐久性设计方法的研究对已经或将将桥梁都有重要意
义。另外，对桥梁耐久设计方法的研究中你严格按照设计步骤对各种影响因素进行单变量分析和综合分析 ，桥梁的耐久性能
得到保证的同时 ，不断提高桥梁结构的安全性、耐久性能。
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