混凝土桥梁结构构造研究现状浅析
2016-12-05
1 前言
由于桥梁结构的整体性能下降包括耐久性下降、受力性能降低、应力损伤等一系列问题，单从一方面进行研究无法达到预期的目的。在这种情况下，集提高桥梁结构的耐久性和改善桥梁结构受力性能于一体的混凝土桥梁结构构造的研究就提到重要的议事日程，国内外一些专家和学者也己开始进行这方面的研究工作。
2 国内外结构构造作用研究
结构构造是指结构内部各部分之间的布置方式，具体到混凝土桥梁及其他混凝土结构，则是指混凝土结构构成形式及构件的截面形式、钢筋的布置形式、保护层厚度等。结构构造的作用，主要表现在对混凝土结构耐久性提高和受力性能改善等方面。
在人们的普遍观点中，耐久性主要是指材料的耐久性，对于钢筋混凝土结构而言，耐久性主要是研究钢筋的锈蚀和混凝土的劣化。张誉等指出影响混凝土结构耐久性的因素包括设计构造、材料质量、施工质量和外界环境条件4个方面，并将设计构造的原因排在第一位。陈肇元院士则将构造措施和材料选取、施工要求等并列为耐久性设计的主要考虑因素，在构造措施中提到了防水层设置、保护层厚度、配置构造钢筋、伸缩缝、施工缝的防护等。
在桥梁结构受力性能方面，人们在桥梁设计中一直偏重于结构计算方法的研究，结构计算方法主要针对桥梁的结构体系，而忽视对构造方面的关注。实际上，由于计算模式和计算理论自身存在的缺陷，导致了一些计算上有保障而实际上存在隐患的设计出现。特别是在桥梁的设计方面，许多设计人员往往只追求满足规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造等方面去加强和保证结构的耐久性和安全性。因此，良好的结构设计和适宜的结构构造可以通过保证桥梁成桥时的先天性能来保证桥梁后期的耐久性。
3 国内外结构构造研究
由于长期以来混凝土桥梁的设计主要是基于强度理论的结构体系方面的设计，而对结构构造方面考虑的较少，造成许多混凝土桥梁由于构造方面的原因导致耐久性或受力性能下降。结合混凝土桥梁由于结构构造设置不合适导致的病害，国内外专家也进行了相关的研究。这些结构构造主要包括混凝土保护层厚度、桥梁横向连接构造、桥面板构造、防排水构造以及可检修可更换构造等方面，下面就分别进行论述。
3.1 桥梁防排水构造
l)病害特征
水是造成混凝土桥梁耐久性问题的最关键的因素，由于过去没有对桥梁防排水进行足够的重视，造成许多防排水构造设置的不合理，导致防水未能有效防住、排水又没完全排出的现象，从而造成混凝土桥梁的一系列病害。比如有的排水管设置位置不合适，水直接排到了盖梁上;有的泄水管与混凝土之间密封性不好，水顺着泄水管外侧渗到翼板底部;有的伸缩缝部位防水措施不到位，水顺着伸缩缝部位流下;还有的伸缩缝端部未有排水设施，造成水沿伸缩缝端部的翼板流下。这样不但影响桥梁的美观，而且随着时间的增加，这些部位的混凝土就会腐蚀，混凝土内钢筋锈蚀会加快。
2)研究现状
国内外一些专家对桥梁的防排水构造进行了一些研究，但内容多为桥梁防水层的研究，包括防水层构造、材料、粘结能力以及抗剪性能等。毋庸赘言，桥面防水层是混凝土桥梁结构防水最重要的构造措施，但根据现场的调研结果看，由于人们对防水层的重视程度较高，而忽略了其他防水设施的作用，导致桥梁结构的防排水问题往往是由其他防水设施设置不合理造成的。国内外专家也提出了一些其他防水构造措施的重要性，并提出了桥梁防水系统的概念，但研究成果较少，而且未形成一定的系统，所以应该加强这方面的研究。
3.2 铰接板桥铰缝构造
l)病害特征
铰缝作为铰接板式桥横向连接的主要构造形式，经历了一个由浅到深的发展过程。近年来铰缝构造主要采用深铰缝的构造形式，深铰缝不但传递板梁间的竖向剪力，还传递板梁间的横向弯矩，因此会使板梁结构的整体力学性能发生相应的改变，导致板梁底部出现纵向通缝。同时铰缝内部的受力性能也会发生相应的变化，特别是在车辆荷载的反复作用下，铰缝内部的应力及其发展规律变得更加复杂。
2)研究现状
国内外专家在板梁铰缝方面进行的研究相对较少，且研究主要局限在铰缝出现裂缝和破坏等具体的问题，并未对混凝土铰接板铰缝在荷载作用下的应力状况进行较系统的分析，特别是未涉及到铰缝研究的一些关键性问题。这些问题包括:①铰缝内的竖向剪应力和横向拉应力对铰缝破坏各有什么影响，仅用竖向抗剪强度理论作为铰缝设计强度理论是否合适;②铰缝破坏是否是因为车辆荷载的反复作用造成的铰缝内混凝土竖向剪力疲劳破坏;③铰缝内部详细的应力分布到底是什么状况，改变铰缝构造尺寸后铰缝内部的应力分布及应力值会发生怎样的变化。而这些问题对铰缝研究来说才是最基础和最关键的。
3.3 截面配筋构造
l)病害特征
配筋构造包括钢筋的配筋率、钢筋直径和钢筋间距等方面，而截面构造则包括截面的尺寸，截面内钢筋的布置位置等，由于以前桥梁设计时的钢筋仅按混凝土桥梁的强度理论进行主筋配置，而忽视箍筋和构造钢筋的配置，导致了一些问题的出现。比如有些钢筋混凝土梁的箍筋和构造钢筋的配置不足。虽然也满足规范要求，但在车辆荷载的作用下，容易在梁端部引起混凝土剪切裂缝、跨中的拉裂缝。另有一些板式桥刚度不足，主要是因为板的高度较小，当车流量和车辆荷载超过设计值时，就会引起较大的振动和挠度，使板梁结构产生裂纹和疲劳损伤，降低桥梁的耐久性。
2)研究现状
对于钢筋混凝土桥梁结构的钢筋配置，规范对其最小配筋率、钢筋直径及钢筋间距做了相关的规定，但仍不够全面。以T梁肋板的纵向构造钢筋为例，周献祥认为，纵向构造钢筋仅仅对梁肋板两个侧面的一个混凝土窄条产生影响，而与肋板宽度无关，以肋板截面面积来定义构造钢筋的配筋率是不合适的。王铁梦也提出构造钢筋配置的细和密的原则。总体来讲这方面研究较少。
3.4 桥梁支座构造
1）病害特征
支座是影响混凝土桥梁安全性与耐久性的重要构造措施，但也未能引起足够的重视。调查中发现，有的桥梁支座安放位置不精确，有的钢垫板位置偏移，有的桥梁存在着支座悬空的现象。支座普遍没有防尘罩和防水设施，若伸缩缝或铰缝处漏水，很容易引起钢垫板的锈蚀。部分支座老化损坏较严重，在超载车辆的作用下，有的支座被压坏。支座附近没有更换支座的空间。
2）研究现状
关于桥梁支座的研究主要分为两个方面，一方面是关于桥梁支座作用及应用的研究，这部分内容主要研究了支座的作用、支座抗震性能研究以及支座刚度和转角对其作用的影响等，另一方面是关于支座病害及其处理方法的研究，主要涉及到支座的一些常见病害和支座的更换方法等，但未有从构造措施和日常养护方面增强支座耐久性的研究。
4 研究存在的问题总结
由以上关于混凝土桥梁结构构造不合适引起的问题及研究概况可以看出，我国混凝土桥梁结构构造的研究主要存在以下方面的问题与不足:
（1）对混凝土桥梁结构构造研究不够系统。
（2）对在役混凝土桥梁结构构造合理性尚欠缺有效甄别方法。
（3）对混凝土桥梁的结构构造合理性的研究还不够充分。
（4）没有可依据的统一的混凝土桥梁结构构造设计原则和方法。
（5）没有形成强制实施的公路混凝土桥梁结构构造设计规范性条文。
参考文献：
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[4]唐先习，徐岳，姚晓飞.混凝土桥梁合理耐用结构构造研究方法浅析[J].建筑结构，2010，40(52):722-725
作者简介：薛英枝，女，（1976-12），汉族，工作单位：内蒙古交通职业技术学院讲师。
