说说高速公路桥梁结构设计方式方法

2016-10-14  来自: 河南浩晟桥梁芯模有限公司 浏览次数:160

前言
  
  桥梁结构设计的任务就是以经济的途径来满足结构的功能要求,使得桥梁结构在施工和使用期间内能承受各种预期荷载作用。桥梁在建造和使用的过程之中,会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、人为因素等等的外来作用,同时桥梁所采用的材料自身性能也会在不断退化,从而会导致结构各部分的不同程度的损伤和劣化。大量病害实例同时也证明,除施工和材料方面原因以外,影响结构耐久性决定性因素的是设计上的缺陷。桥梁会出现安全性和耐久性差得现象,也有施工方面的问题,同时在桥梁设计的领域,特别是在关于桥梁施工和使用期安全性问题,还是有许多可以改进地方的。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案,其次就是结构得分析与构件和连接设计,并取用规范规定安全系数或可靠性指标以保证结构安全性。
  
  一、满足了结构混凝土的耐久性基本要求: 
  
  近些年来,不少的桥梁发生了倒塌严重事故,造成很多不该有的人间悲剧。通过调查的分析结果来表明,很多事故都是因为设计得不规范或施工过程不注意质量控制造成的。施工中出现的偷工减料、工程腐败,设计中态度的不严谨,计算错误等等都是造成桥梁出现安全隐患的重要因素。目前,桥梁设计耐久性的设计,常常只是去作为一个参考的价值,而不是具体计算的出其应有安全的使用年限,更不会对桥梁的耐久性进行一系列的实验研究。这种现象在程度上导致了桥梁事故发生频繁、结构使用性能差、耐久性也差严重的后果,同时也背离了国际上对桥梁结构耐久性、安全性、适用性日益重视得发展趋势。
  
  提高了混凝土自身耐久性主要取决于混凝土的材料组成,其中水灰比、水泥用量、强度等级均对耐久性有较大影响。《桥规JTGD62》中明确规定不同使用环境下,结构混凝土基本的要求,对影响混凝土耐久性的水灰比、小水泥用量、强度等级、的氯离子含量和碱含量做出限制规定,这是《桥规JTGD62))对公路是桥涵结构耐久性设计基本要求,设计时应该遵照去执行。 
  
  二、加大钢筋混凝土的保护层厚度
  
  钢筋混凝土是钢筋与混凝土构成的一种复合型建筑材料,由钢筋外边缘到混凝土表面的小距离称为保护层厚度。钢筋保护层的主要作用就是满足了混凝土构件截面受力需要,保护钢筋不会被锈蚀,保证了结构正常的使用。一般情况而言,只有保护层混凝土的碳化,钢筋表层钝化膜遭到破坏,钢筋才会有可能锈蚀。钢筋混凝土的保护层厚度会对结构使用的寿命、使用安全性有着直接的关系。国家现行规范对钢筋混凝土受力钢筋保护层厚度又提高了一级,这更加说明了受力钢筋的保护层对结构使用得耐久性、安全性、抗腐性、抗碳化、抗火灾等有重要作用。钢筋混凝土的碳化深度与使用时间成正比。受碳化影响混凝土表面的强度、密实度降低,使水蒸汽或其他有的害气体很容易侵入混凝土。当保护层完全碳化后,水蒸汽或者其他有害气体就会直接侵蚀到钢筋,钢筋就会锈蚀,保护层越薄的话碳化所需时间表也会越短。钢筋表面锈蚀继而产生膨胀力(其膨胀力在混凝土体积中一般要增加2~4倍),锈蚀形成并向外胀力,拱裂混凝土的保护层,使气体直接渗入,侵蚀受力钢筋,影响了结构安全和使用寿命。因此,加大钢筋混凝土的保护层厚度,是保护钢筋免于锈蚀,提高混凝土的结构耐久性重要措施之一。鉴于此,《桥规JTGD62》给出钢筋小的混凝土保护层的厚度,但其与国际上的较为通用设计规范相比较,还是有点差距的。设计时适当的加大钢筋混凝土保护层厚度会对提高混凝土结构耐久性有着非常有益的。
  
  三、加强构造配筋
  
  混凝土结构任何损伤与破坏,一般都是首先在混凝土中出现的裂缝,裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表,反过来,裂缝存在会增加混凝土的渗透性,提供了使侵蚀破坏的作用逐步升级,混凝土耐久性在不断下降的渠道。当混凝土开裂后,侵蚀的速度将会大大加快,形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环。因此,防止和控制混凝土裂缝,对提高混凝土结构的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂缝,除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外,更重要的是要采取构造措施,控制混凝土施工及使用的过程中大量出现非工作的裂缝。《桥规JTGD62》突出强调了加强水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用,提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的规定,其指标都要比老桥规有所提高,这是为防止和控制收缩裂缝的重要构造措施。
  
  四、提高后张法预应力的钢筋管道压浆质量
  
  后张法预应力钢筋管道压浆质量是影响预应力混凝土粱耐久性的关键因素之一。《桥规JTGD62》规定,预应力钢筋管道压浆用的水泥浆抗压强度不得低于30MPa,其水灰比为0.4~0.5,为减少收缩,还可通过试验掺入适量膨胀剂《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCESO1—2004认为,预应力钢筋的锈蚀会导致结构的突然破坏,事先不易发现,在耐久性设计中必须要特别的重视,并采用多重防护的手段。对此,对于可能遭受氯盐侵蚀的预应力混凝土结构,预应力筋、锚具、连接器等等钢材组件的应采用环氧涂层或者涂锌,后张预应力体系管道必须具有良好的密封性能,不能使用金属的螺旋管,宜采用有良好密封性能的高密度塑料波形管。同时,管道的灌浆材料和灌浆的方法要事先通过试验来验证,尽可能降低浆体硬化后所形成的气孔,并采用真空灌,必要时还是可以在灌浆材料中掺入适量的阻锈剂。
  
  五、在结构局部使用的防腐材料
  
  目前,我国大量的修建L=l6~25m的多跨现浇连续钢筋混凝土箱梁结构的桥梁,由于普通钢筋混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构,因而在负弯矩区总是会出现负弯矩的裂缝,鉴于负弯矩区裂缝是一种向上开口的“v”。形裂缝,桥面水容易渗入,遭受长期浸蚀后,负弯矩钢筋的锈蚀问题是应予以重视的问题。近年来,由国外引进环氧树脂涂层钢筋已在国内进行生产,应用于一般的钢筋混凝土负弯矩区钢筋中,这对保证结构耐久性无疑是一个很好的事情。再如,英、美等国调查均发现锚头区有钢丝锈蚀的问题,甚至也发生过桥梁得倒塌事故,因而张拉结束以后应用环氧树脂砂浆封堵锚头就可有效防锈。
  
  六、加强桥面铺装层防水设计
  
  桥面渗水排除和防渗漏的问题,都将涉及到桥梁的耐久性问题。桥面铺装防水层会对桥面的防护有着重要作用,必需精心的设计与施工。桥面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土,混凝土的铺装层内应该设置钢筋网,防止混凝土开裂。应采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入得水泥基渗透结晶材料(赛柏斯),都能收到较好防水的效果。桥面铺装层顶面应该设置防水层,特别是连续粱(或悬臂粱)的负弯矩段更应十分重视防水层设计。此外,还需要加强泄水管的设计,应特别注意在泄水管周边构造的细节处,加强伸缩缝处排水的设计,防止水分会从伸缩缝处渗入粱内。高速公路桥面铺装的早期破损以及板梁铰缝漏水现象,会引起人们对桥面防水层施工的工艺、材料关注。选择合适的防水层型式不仅仅能会起到良好的防水效果,保证桥梁的主体结构安全,还能延长桥面铺装使用的寿命和降低造价成本。优良的桥面防水层应该具有如下的特性:1、与桥面砼有着良好粘结性,不起皮,不脱落。
  
  2、与沥青混凝土的桥面铺装能粘结成一个整体。
  
  3、不透水、抗刺破,有抗拉强度和延性的适应变形。 
  
  4、对桥面的砼表面质量并无特殊要求,施工方便易行。
  
  七、结束语 
  
  综上所述,安全性不足是桥梁结构设计迫切需要解决的问题。研究发现,引起混凝土结构的耐久性失效原因存在于结构设计、施工以及维修的各个环节中。公路的桥梁结构的设计方式方法,其不仅仅考虑到设计参数中的设计向量、目标的函数和约束函数随机性、模糊性和未确知性等等,以及材料和施工的质量不确定性,使得设计人员在设计时利用桥梁结构的目标可靠度或失效概率,来描述出更为科学和定量的安全可靠的程度,实现安全、适用、耐久的设计要求;另外其还考虑到不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等等在内经济的指标,来考虑如何以的造价实现的经济效益,实现经济、合理和美观设计的要求。
  
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