2010年二级专业结构工程师考试辅导：影响桥梁结构耐久性细部设计

随着全国各等级公路的蓬勃发展和桥梁分析技术的不断提升，大跨径、新结构桥梁层出不穷，公路桥梁设计也进入一个鼎盛时期。在桥梁设计中，各家设计院都非常重视结构分析，采用静态分析、动态分析、整体分析、局部分析，多种分析手段相互校核补充，设计质量大大提高。但是与此同时，在设计中也出现了很多细部设计的盲区。由于国内耐久性设计还没有得到足够的重视，对于桥梁的细部设计不够重视不够细致，从而导致相当一部分桥梁并不是因为整体结构安全不足出现问题，而是因为细部设计不到位而引起了局部构件损坏，进而大大降低了整体结构的安全性和耐久性。
    细节决定成败，桥梁是公路的安全重点，桥梁细部设计的安全性不容忽视，本文针对这些影响安全和耐久性而又容易被忽视的细部设计进行一些研究和探讨。
    1  上部结构细部设计
    1.1  桥面铺装
    桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期损坏，进而破坏桥面防水系统，最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。
    在设计中常通过增厚铺装厚度和加强铺装钢筋来解决这一问题，这样也确实增强了铺装受力性能。其实问题的另一个重要原因在于桥面铺装难以承受反复变形而形成疲劳破环，与主梁结合不好而不能协同主梁共同承担应力。因此相应的设计思路是，改善桥面铺装的抗疲劳性能，增强桥梁铺装与主梁的结合方式。在设计中可以从以下几个方面来进行相应的改善，桥面铺装混凝土中掺入钢纤维，可以明显提高混凝土的抗疲劳性能，减少开裂；在预制板顶增设抗剪连接钢筋，可以有效保证桥面铺装整体化混凝土与预制板紧密结合，同时有利于桥面铺装钢筋网的定位；桥面铺装钢筋网采用冷轧带肋钢筋网，可以有效提高铺装混凝土的强度和保证施工质量。
    1.2  桥面防水层
    桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用防水混凝土进行防水。由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂后防水性能便大为下降。因此，建议采用采用防水混凝土与防水层相结合的双重防水型式，刚柔并济，可以有效阻断桥面裂隙渗下的水，另一方面还可以加强上层沥青混凝土与下层钢筋混凝土的结合。
    1.3  桥面排水
    一般的办法是纵向每隔一定间距设置一个泄水管。可是实际当中，我们经常发现泄水管往往成了清扫公路后的垃圾堆放口，大量的桥梁泄水口因此而堵塞，从而导致桥面积水无法及时排放，最终加大了桥梁的水害腐蚀。故而建议采用纵向盲沟配合铁栅格型式，泄水管尽量采用直管或大半径弯折曲管，泄水管内径应大于15 cm，既可加快排水进程，又可便于后期养护清堵，有效防止堵塞泄水管从而保证桥面泄水顺畅。
    1.4  主梁
    主梁是全桥的主要承力构件，一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析，重视程度很高，从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中，主梁（主要是箱梁）箱体内长期大量积水的现象时有发生，甚至积水灌满箱体的情况也有发生，极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是对于主梁细节设计的不到位，主梁排水构造设置不够完善，桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体，进而在箱体内不断积累，最终形成箱体内积水。对于箱内水，必须要设置排气孔，一方面可以使得箱体内外气温相近，减小局部温差效应引起的局部应力，另一方面还可以排出施工及运营过程中产生的积水。对于箱外水，建议对于主梁悬臂端设置滴水槽，使梁顶水止于悬臂端，不能顺梁体外侧流下，避免侵蚀梁体外侧。
    主梁中钢筋避让也是设计中应该特别重视的问题。对于受力复杂的主梁，承受多个方向的应力，所以通常设计有三向预应力钢筋和普通纵横向钢筋，容易出现钢筋打架现象。如果施工中处理不当，调整了主要钢筋位置，就会降低主要应力方向的安全储备，存在安全隐患。因此，在设计中须根据具体应力情况，对主要钢筋空间位置进行统筹考虑，避免主筋打架。还要在相应钢筋图中，具体说明钢筋避让的先后顺序，以避免施工中误操作。

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