混凝土橋梁結構構造研究現(xiàn)狀淺析
2016-12-05
1 前言
由于橋梁結構的整體性能下降包括耐久性下降、受力性能降低、應力損傷等一系列問題，單從一方面進行研究無法達到預期的目的。在這種情況下，集提高橋梁結構的耐久性和改善橋梁結構受力性能于一體的混凝土橋梁結構構造的研究就提到重要的議事日程，國內外一些專家和學者也己開始進行這方面的研究工作。
2 國內外結構構造作用研究
結構構造是指結構內部各部分之間的布置方式，具體到混凝土橋梁及其他混凝土結構，則是指混凝土結構構成形式及構件的截面形式、鋼筋的布置形式、保護層厚度等。結構構造的作用，主要表現(xiàn)在對混凝土結構耐久性提高和受力性能改善等方面。
在人們的普遍觀點中，耐久性主要是指材料的耐久性，對于鋼筋混凝土結構而言，耐久性主要是研究鋼筋的銹蝕和混凝土的劣化。張譽等指出影響混凝土結構耐久性的因素包括設計構造、材料質量、施工質量和外界環(huán)境條件4個方面，并將設計構造的原因排在第一位。陳肇元院士則將構造措施和材料選取、施工要求等并列為耐久性設計的主要考慮因素，在構造措施中提到了防水層設置、保護層厚度、配置構造鋼筋、伸縮縫、施工縫的防護等。
在橋梁結構受力性能方面，人們在橋梁設計中一直偏重于結構計算方法的研究，結構計算方法主要針對橋梁的結構體系，而忽視對構造方面的關注。實際上，由于計算模式和計算理論自身存在的缺陷，導致了一些計算上有保障而實際上存在隱患的設計出現(xiàn)。特別是在橋梁的設計方面，許多設計人員往往只追求滿足規(guī)范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造等方面去加強和保證結構的耐久性和安全性。因此，良好的結構設計和適宜的結構構造可以通過保證橋梁成橋時的先天性能來保證橋梁后期的耐久性。
3 國內外結構構造研究
由于長期以來混凝土橋梁的設計主要是基于強度理論的結構體系方面的設計，而對結構構造方面考慮的較少，造成許多混凝土橋梁由于構造方面的原因導致耐久性或受力性能下降。結合混凝土橋梁由于結構構造設置不合適導致的病害，國內外專家也進行了相關的研究。這些結構構造主要包括混凝土保護層厚度、橋梁橫向連接構造、橋面板構造、防排水構造以及可檢修可更換構造等方面，下面就分別進行論述。
3.1 橋梁防排水構造
l)病害特征
水是造成混凝土橋梁耐久性問題的最關鍵的因素，由于過去沒有對橋梁防排水進行足夠的重視，造成許多防排水構造設置的不合理，導致防水未能有效防住、排水又沒完全排出的現(xiàn)象，從而造成混凝土橋梁的一系列病害。比如有的排水管設置位置不合適，水直接排到了蓋梁上;有的泄水管與混凝土之間密封性不好，水順著泄水管外側滲到翼板底部;有的伸縮縫部位防水措施不到位，水順著伸縮縫部位流下;還有的伸縮縫端部未有排水設施，造成水沿伸縮縫端部的翼板流下。這樣不但影響橋梁的美觀，而且隨著時間的增加，這些部位的混凝土就會腐蝕，混凝土內鋼筋銹蝕會加快。
2)研究現(xiàn)狀
國內外一些專家對橋梁的防排水構造進行了一些研究，但內容多為橋梁防水層的研究，包括防水層構造、材料、粘結能力以及抗剪性能等。毋庸贅言，橋面防水層是混凝土橋梁結構防水最重要的構造措施，但根據(jù)現(xiàn)場的調研結果看，由于人們對防水層的重視程度較高，而忽略了其他防水設施的作用，導致橋梁結構的防排水問題往往是由其他防水設施設置不合理造成的。國內外專家也提出了一些其他防水構造措施的重要性，并提出了橋梁防水系統(tǒng)的概念，但研究成果較少，而且未形成一定的系統(tǒng)，所以應該加強這方面的研究。
3.2 鉸接板橋鉸縫構造
l)病害特征
鉸縫作為鉸接板式橋橫向連接的主要構造形式，經歷了一個由淺到深的發(fā)展過程。近年來鉸縫構造主要采用深鉸縫的構造形式，深鉸縫不但傳遞板梁間的豎向剪力，還傳遞板梁間的橫向彎矩，因此會使板梁結構的整體力學性能發(fā)生相應的改變，導致板梁底部出現(xiàn)縱向通縫。同時鉸縫內部的受力性能也會發(fā)生相應的變化，特別是在車輛荷載的反復作用下，鉸縫內部的應力及其發(fā)展規(guī)律變得更加復雜。
2)研究現(xiàn)狀
國內外專家在板梁鉸縫方面進行的研究相對較少，且研究主要局限在鉸縫出現(xiàn)裂縫和破壞等具體的問題，并未對混凝土鉸接板鉸縫在荷載作用下的應力狀況進行較系統(tǒng)的分析，特別是未涉及到鉸縫研究的一些關鍵性問題。這些問題包括:①鉸縫內的豎向剪應力和橫向拉應力對鉸縫破壞各有什么影響，僅用豎向抗剪強度理論作為鉸縫設計強度理論是否合適;②鉸縫破壞是否是因為車輛荷載的反復作用造成的鉸縫內混凝土豎向剪力疲勞破壞;③鉸縫內部詳細的應力分布到底是什么狀況，改變鉸縫構造尺寸后鉸縫內部的應力分布及應力值會發(fā)生怎樣的變化。而這些問題對鉸縫研究來說才是最基礎和最關鍵的。
3.3 截面配筋構造
l)病害特征
配筋構造包括鋼筋的配筋率、鋼筋直徑和鋼筋間距等方面，而截面構造則包括截面的尺寸，截面內鋼筋的布置位置等，由于以前橋梁設計時的鋼筋僅按混凝土橋梁的強度理論進行主筋配置，而忽視箍筋和構造鋼筋的配置，導致了一些問題的出現(xiàn)。比如有些鋼筋混凝土梁的箍筋和構造鋼筋的配置不足。雖然也滿足規(guī)范要求，但在車輛荷載的作用下，容易在梁端部引起混凝土剪切裂縫、跨中的拉裂縫。另有一些板式橋剛度不足，主要是因為板的高度較小，當車流量和車輛荷載超過設計值時，就會引起較大的振動和撓度，使板梁結構產生裂紋和疲勞損傷，降低橋梁的耐久性。
2)研究現(xiàn)狀
對于鋼筋混凝土橋梁結構的鋼筋配置，規(guī)范對其最小配筋率、鋼筋直徑及鋼筋間距做了相關的規(guī)定，但仍不夠全面。以T梁肋板的縱向構造鋼筋為例，周獻祥認為，縱向構造鋼筋僅僅對梁肋板兩個側面的一個混凝土窄條產生影響，而與肋板寬度無關，以肋板截面面積來定義構造鋼筋的配筋率是不合適的。王鐵夢也提出構造鋼筋配置的細和密的原則。總體來講這方面研究較少。
3.4 橋梁支座構造
1）病害特征
支座是影響混凝土橋梁安全性與耐久性的重要構造措施，但也未能引起足夠的重視。調查中發(fā)現(xiàn)，有的橋梁支座安放位置不精確，有的鋼墊板位置偏移，有的橋梁存在著支座懸空的現(xiàn)象。支座普遍沒有防塵罩和防水設施，若伸縮縫或鉸縫處漏水，很容易引起鋼墊板的銹蝕。部分支座老化損壞較嚴重，在超載車輛的作用下，有的支座被壓壞。支座附近沒有更換支座的空間。
2）研究現(xiàn)狀
關于橋梁支座的研究主要分為兩個方面，一方面是關于橋梁支座作用及應用的研究，這部分內容主要研究了支座的作用、支座抗震性能研究以及支座剛度和轉角對其作用的影響等，另一方面是關于支座病害及其處理方法的研究，主要涉及到支座的一些常見病害和支座的更換方法等，但未有從構造措施和日常養(yǎng)護方面增強支座耐久性的研究。
4 研究存在的問題總結
由以上關于混凝土橋梁結構構造不合適引起的問題及研究概況可以看出，我國混凝土橋梁結構構造的研究主要存在以下方面的問題與不足:
（1）對混凝土橋梁結構構造研究不夠系統(tǒng)。
?。?）對在役混凝土橋梁結構構造合理性尚欠缺有效甄別方法。
?。?）對混凝土橋梁的結構構造合理性的研究還不夠充分。
（4）沒有可依據(jù)的統(tǒng)一的混凝土橋梁結構構造設計原則和方法。
?。?）沒有形成強制實施的公路混凝土橋梁結構構造設計規(guī)范性條文。
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作者簡介：薛英枝，女，（1976-12），漢族，工作單位：內蒙古交通職業(yè)技術學院講師。
