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摘要：随着社会经济的发展，城市桥梁和公路桥梁的负荷越来越重，造成混凝土结构桥梁的不同程度的损坏；严重影响了桥梁的使用寿命及人们的安全，本文从多方面对混凝土结构桥梁的耐久性设计进行分析和研究。
关键词：混凝土结构；桥梁；耐久性设计
中图分类号：TV331文献标识码：A文章编号：
引言
混凝土桥梁结构耐久性设计就是在桥梁设计中，对桥梁建设的材料质量、结构构造、结构计算、施工工艺和结构维护等每个环节全面地考虑耐久性影响因素，使结构在一定的环境中正常工作，在设计目标使用期内满足规范要求而不需要大修。
1. 基于耐久性的桥梁结构设计
耐久性结构设计在工程设计实践中基本得到应用，在相关桥梁著述中都有论述，比如对于各种地形条件桥梁跨径的布置和结构形式的选择，各种地质构造条件下桥梁基础的布置和选用合适的基础形式，人的生产生活与桥梁的相互影响，以及远期各种环境条件的变化与桥梁的相互影响等等，这些都需要在桥梁设计中得到体现。
1.1一般来说，地质越差或下部结构投资越大，就越宜采用较大的跨度，以减少支撑结构的工程量，从而节省投资，减少可能的病害。
1.2同一区段内，桥梁的孔径与式样应力求统一；同一座桥梁，除通航或其他要求外，应尽量采用相同的结构。
1.3桥梁中线宜与天然河道洪水流向正交，避免水流在桥头相成水袋而产生三角回流，影响线路或桥梁安全。通航河流上，桥梁中线应与航线正交。当不能避免斜交时，应适当加大通航孔径。
1.4当桥梁较高、跨越河道的水深较大、河面较宽时，则在常常增大水中桥跨跨度（适应大跨的桥式有悬索桥、斜拉桥及拱桥等），尽可能将桥墩设在岸上、浅水区或礁石上，最大限度地减少深水桥墩基础，把深水基础问题转化为用增大跨度的方法来加以解决。由于降低了洪水对桥墩及基础施工的影响，有利于泄洪及水上交通，减少了船舶撞击桥墩的几率，因而往往是经济合理的。
1.5跨越宽浅河流的桥梁，宜采用等跨梁桥跨越主河槽。当线路跨越泥石流河流时，桥孔应尽量采用单孔或考虑采用多孔较大的跨度，以免被泥石流冲毁。当跨越 V字峡谷时，桥梁主跨宜采用一跨跨过，并且优先考虑拱桥或反吊桥方案。
1.6由于不良地质的影响，墩台布置应遵循如下几点：
墩台基础不应设置在软硬不均匀的地基土上；墩台位置应避开断层、滑坡、挤压破碎带、石灰岩溶洞及溶沟、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质处；陡峭山坡上修建墩台时应注意基础底下及侧面岩体的稳定性；靠近陡峭岩壁的河槽边墩基础，应避免穿经水下山坡落石堆积层；地质情况不良时应尽量避免修建对地基沉降敏感的桥梁形式，特别是应避免采用可以产生水平推力的拱桥。
1.7悬索桥分跨布置时，除了考虑桥塔处于良好的位置及其他要求外，不可忽视锚碇的位置，其对主案造价及大缆索股的稳定性有大的影响。
2．耐久性构造措施
桥梁结构构造设计研究虽然比较成熟，但应引起设计人员的足够的重视，避免桥梁建成后的先天性不足，在具体桥梁设计时应加强深入的分析和研究。主要包括以下几个方面的内容：
2.1合理的结构在荷载作用下，其传力路径较短的原则
对于拉（压）杆，其主应力迹线均平行于杆件轴线，因此，传力路径等于杆件的长度。而对于纯受弯杆件，任一横截面内均有拉应力及压应力，其主拉（压）应力迹线平行于杆件轴线，其传力路径等于杆件的长度。但梁常为弯剪耦合构件，梁内任意一点均处于二向受力状态。其主应力迹线呈曲线，可见，其传力路径复杂，此时可将梁比拟为“桁架”（拉压结构），其各构件传力路径之和可定义为梁的传力路径。对于弯剪扭耦合构件，可将其比拟为“空间桁架”。可见，拉（压）杆件传力路径较受弯杆件短得多，它是传力最简捷的构件。
2.2力线平滑，应力均匀流畅的原则
对于杆系结构，应力均匀流畅包括杆件横截面内应力均匀，沿杆件长度方向内力均匀及结点、边界处应力均匀，总之，要求结构应力处处均匀流畅。只有结构应力均匀，才能较好地发挥材料地强度，取得经济效益。
大跨度橋梁构造复杂，结构构造体系的合理与否直接影响结构受力性能和耐久性能。对于结构几何或力学不连续部位，如果中荷载作用点附近的区域、弯折部分、开口或缺口等不连续区域，应力分布复杂，钢筋位置和数量很难确定，是结构耐久性的薄弱部位，往往最容易产生病害。在结构设计时要保证力的传递路线明确、简洁、平滑，尽量避免冲突。传统的分析理论和手段还难以解决好，有必要采取国外证明有效的“压杆－拉杆－模型法”来进行应力流分析和钢筋的配置。
2.3整体性、连续性和冗余性原则
合理的结构整体性好，构件体形变化平顺。这不仅是美观的要求，而且构件体形变化平顺、结点处或边界处过渡平顺、结构整体性强是力流平顺的必要条件，同时，也可提高结构的承载能力和刚度。
整体性和冗余性可以保证桥梁在运营状态具有良好的使用性能及对局部损伤和破坏具有适当的抵抗能力，这些特点有利于结构抵抗诸如超载、地震等荷载。由于桥梁的伸缩维长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构中最易遭到破坏而又较难以修补的部位。桥梁伸缩缝在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起其早期破坏；而桥梁伸缩缝的破坏，又可能引起很大的车辆冲击荷载，恶化行车状况，急剧降低桥梁使用寿命。世界各国的学者都在努力寻求最好的伸缩缝结构，得到的结论是“最好的伸缩缝结构是无伸缩缝”。
2.4可检性、可修性和可替换性原则
实际上桥梁整体结构的寿命和结构各个部件的寿命是不等的，如橡胶支座的寿命一般在 20 年左右，钢拉索的寿命约10—50 年，钢结构油漆保护寿命约在 20 年左右，因而对这些寿命期低于结构寿命期的部件必须做到可检查、可维修、可更换。原苏联对其桥梁各组成部件统计的平均服务年限，有的长达百年以上，有的仅数年。桥梁构件达到使用寿命期而损坏，管理单位就应进行正常的更换，不能因未及时更换而引起或加速主要承重构件的损坏而影响桥梁的整体耐久性。上世纪末北京的西直门立交桥重建，在旧桥拆除时发现的病害十分严重，其中橡胶支座老化结硬，以致承台破裂。不论是桥梁的永久构件或需要中期更换的构件，都应该能让检查人员容易到达、进行检查和耐久性维护。桥梁设计时就应该为此创造必要的条件，如为更换支座应在盖梁上预留有放置千斤顶等提升设备的空间，也应为工作人员留有操作平台；否则将大大增加后期维护的困难和费用。国内很多桥梁设计中没有考虑构件更换的需要，甚至没有设置检查所需的通道。
2.5结构体系防水的原则
防止桥面雨水等对主梁和墩台的侵蚀是减少桥梁病害和保证桥梁耐久性的基本要求之一，良好的构造措施是实现这一要求的根本。特别是对于我国北方利用撒盐进行桥面除冰的地区，应特别注意在桥梁设计中处理好桥梁防水、隔水的问题，以阻止对可能引起钢筋严重锈蚀的盐水的侵蚀。
3.结语
通过对既有混凝土结构的耐久性检测发现，受风影响不同的混凝土碳化情况不一样，长期受强风作用的迎风面混凝土和背风面的混凝土碳化深度是其他各面的1.5~2.0倍，裸露的混凝土构筑物长期受风作用其各表面碳化速度不一致的现象是客观存在的，桥梁结构从环境、受力特点、荷载特点等方面都与其他结构存在差异，桥梁耐久性是一项系统工程，做为桥梁结构设计人员必须对桥梁耐久性进行具体研究，应综合考虑才能使得设计真正合理、经济、可靠。
参考文献：
[1]JTG D62-204 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社.
[2]张誉, 等. 混凝土结构耐久性概论[M ]. 上海: 上海科学出版社,2003.
[3]马华荣.公路工程病害分析与防治技术[M].郑州:黄河水利出版社,2003.
关键词：混凝土结构；桥梁；耐久性设计
中图分类号：TV331文献标识码：A文章编号：
引言
混凝土桥梁结构耐久性设计就是在桥梁设计中，对桥梁建设的材料质量、结构构造、结构计算、施工工艺和结构维护等每个环节全面地考虑耐久性影响因素，使结构在一定的环境中正常工作，在设计目标使用期内满足规范要求而不需要大修。
1. 基于耐久性的桥梁结构设计
耐久性结构设计在工程设计实践中基本得到应用，在相关桥梁著述中都有论述，比如对于各种地形条件桥梁跨径的布置和结构形式的选择，各种地质构造条件下桥梁基础的布置和选用合适的基础形式，人的生产生活与桥梁的相互影响，以及远期各种环境条件的变化与桥梁的相互影响等等，这些都需要在桥梁设计中得到体现。
1.1一般来说，地质越差或下部结构投资越大，就越宜采用较大的跨度，以减少支撑结构的工程量，从而节省投资，减少可能的病害。
1.2同一区段内，桥梁的孔径与式样应力求统一；同一座桥梁，除通航或其他要求外，应尽量采用相同的结构。
1.3桥梁中线宜与天然河道洪水流向正交，避免水流在桥头相成水袋而产生三角回流，影响线路或桥梁安全。通航河流上，桥梁中线应与航线正交。当不能避免斜交时，应适当加大通航孔径。
1.4当桥梁较高、跨越河道的水深较大、河面较宽时，则在常常增大水中桥跨跨度（适应大跨的桥式有悬索桥、斜拉桥及拱桥等），尽可能将桥墩设在岸上、浅水区或礁石上，最大限度地减少深水桥墩基础，把深水基础问题转化为用增大跨度的方法来加以解决。由于降低了洪水对桥墩及基础施工的影响，有利于泄洪及水上交通，减少了船舶撞击桥墩的几率，因而往往是经济合理的。
1.5跨越宽浅河流的桥梁，宜采用等跨梁桥跨越主河槽。当线路跨越泥石流河流时，桥孔应尽量采用单孔或考虑采用多孔较大的跨度，以免被泥石流冲毁。当跨越 V字峡谷时，桥梁主跨宜采用一跨跨过，并且优先考虑拱桥或反吊桥方案。
1.6由于不良地质的影响，墩台布置应遵循如下几点：
墩台基础不应设置在软硬不均匀的地基土上；墩台位置应避开断层、滑坡、挤压破碎带、石灰岩溶洞及溶沟、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质处；陡峭山坡上修建墩台时应注意基础底下及侧面岩体的稳定性；靠近陡峭岩壁的河槽边墩基础，应避免穿经水下山坡落石堆积层；地质情况不良时应尽量避免修建对地基沉降敏感的桥梁形式，特别是应避免采用可以产生水平推力的拱桥。
1.7悬索桥分跨布置时，除了考虑桥塔处于良好的位置及其他要求外，不可忽视锚碇的位置，其对主案造价及大缆索股的稳定性有大的影响。
2．耐久性构造措施
桥梁结构构造设计研究虽然比较成熟，但应引起设计人员的足够的重视，避免桥梁建成后的先天性不足，在具体桥梁设计时应加强深入的分析和研究。主要包括以下几个方面的内容：
2.1合理的结构在荷载作用下，其传力路径较短的原则
对于拉（压）杆，其主应力迹线均平行于杆件轴线，因此，传力路径等于杆件的长度。而对于纯受弯杆件，任一横截面内均有拉应力及压应力，其主拉（压）应力迹线平行于杆件轴线，其传力路径等于杆件的长度。但梁常为弯剪耦合构件，梁内任意一点均处于二向受力状态。其主应力迹线呈曲线，可见，其传力路径复杂，此时可将梁比拟为“桁架”（拉压结构），其各构件传力路径之和可定义为梁的传力路径。对于弯剪扭耦合构件，可将其比拟为“空间桁架”。可见，拉（压）杆件传力路径较受弯杆件短得多，它是传力最简捷的构件。
2.2力线平滑，应力均匀流畅的原则
对于杆系结构，应力均匀流畅包括杆件横截面内应力均匀，沿杆件长度方向内力均匀及结点、边界处应力均匀，总之，要求结构应力处处均匀流畅。只有结构应力均匀，才能较好地发挥材料地强度，取得经济效益。
大跨度橋梁构造复杂，结构构造体系的合理与否直接影响结构受力性能和耐久性能。对于结构几何或力学不连续部位，如果中荷载作用点附近的区域、弯折部分、开口或缺口等不连续区域，应力分布复杂，钢筋位置和数量很难确定，是结构耐久性的薄弱部位，往往最容易产生病害。在结构设计时要保证力的传递路线明确、简洁、平滑，尽量避免冲突。传统的分析理论和手段还难以解决好，有必要采取国外证明有效的“压杆－拉杆－模型法”来进行应力流分析和钢筋的配置。
2.3整体性、连续性和冗余性原则
合理的结构整体性好，构件体形变化平顺。这不仅是美观的要求，而且构件体形变化平顺、结点处或边界处过渡平顺、结构整体性强是力流平顺的必要条件，同时，也可提高结构的承载能力和刚度。
整体性和冗余性可以保证桥梁在运营状态具有良好的使用性能及对局部损伤和破坏具有适当的抵抗能力，这些特点有利于结构抵抗诸如超载、地震等荷载。由于桥梁的伸缩维长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构中最易遭到破坏而又较难以修补的部位。桥梁伸缩缝在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起其早期破坏；而桥梁伸缩缝的破坏，又可能引起很大的车辆冲击荷载，恶化行车状况，急剧降低桥梁使用寿命。世界各国的学者都在努力寻求最好的伸缩缝结构，得到的结论是“最好的伸缩缝结构是无伸缩缝”。
2.4可检性、可修性和可替换性原则
实际上桥梁整体结构的寿命和结构各个部件的寿命是不等的，如橡胶支座的寿命一般在 20 年左右，钢拉索的寿命约10—50 年，钢结构油漆保护寿命约在 20 年左右，因而对这些寿命期低于结构寿命期的部件必须做到可检查、可维修、可更换。原苏联对其桥梁各组成部件统计的平均服务年限，有的长达百年以上，有的仅数年。桥梁构件达到使用寿命期而损坏，管理单位就应进行正常的更换，不能因未及时更换而引起或加速主要承重构件的损坏而影响桥梁的整体耐久性。上世纪末北京的西直门立交桥重建，在旧桥拆除时发现的病害十分严重，其中橡胶支座老化结硬，以致承台破裂。不论是桥梁的永久构件或需要中期更换的构件，都应该能让检查人员容易到达、进行检查和耐久性维护。桥梁设计时就应该为此创造必要的条件，如为更换支座应在盖梁上预留有放置千斤顶等提升设备的空间，也应为工作人员留有操作平台；否则将大大增加后期维护的困难和费用。国内很多桥梁设计中没有考虑构件更换的需要，甚至没有设置检查所需的通道。
2.5结构体系防水的原则
防止桥面雨水等对主梁和墩台的侵蚀是减少桥梁病害和保证桥梁耐久性的基本要求之一，良好的构造措施是实现这一要求的根本。特别是对于我国北方利用撒盐进行桥面除冰的地区，应特别注意在桥梁设计中处理好桥梁防水、隔水的问题，以阻止对可能引起钢筋严重锈蚀的盐水的侵蚀。
3.结语
通过对既有混凝土结构的耐久性检测发现，受风影响不同的混凝土碳化情况不一样，长期受强风作用的迎风面混凝土和背风面的混凝土碳化深度是其他各面的1.5~2.0倍，裸露的混凝土构筑物长期受风作用其各表面碳化速度不一致的现象是客观存在的，桥梁结构从环境、受力特点、荷载特点等方面都与其他结构存在差异，桥梁耐久性是一项系统工程，做为桥梁结构设计人员必须对桥梁耐久性进行具体研究，应综合考虑才能使得设计真正合理、经济、可靠。
参考文献：
[1]JTG D62-204 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社.
[2]张誉, 等. 混凝土结构耐久性概论[M ]. 上海: 上海科学出版社,2003.
[3]马华荣.公路工程病害分析与防治技术[M].郑州:黄河水利出版社,2003.