桥梁安全耐久性和全寿命设计研究概况

1、桥梁平安耐久性和全寿命设计研讨概略土木工程学院桥梁工程系赵人达 博士 教授 博导.引言 近年来，世界各国、特别是主要处于根底设备维护阶段的欧美等兴隆国家普遍发现，桥梁耐久性差、效力寿命短、全寿命经济性目的差等问题(与人们最初的设计和规划预期有很大差别)，曾经严重影响了其正常效力功能的发扬，并且给养护、维修等后期运营管理任务带来难以接受的宏大经济和社会负担。.引言 我国正处于桥梁等根底设备建立的顶峰时期，大量的桥梁面临着如何保证其运用寿命及运用期间的平安、耐久及维护管理的经济性问题。许多服役桥梁也暴显露病害和缺陷，因此，关于桥梁平安耐久性和全寿命设计研讨有非常重要的现实意义和深远的历史意义。.引

2、言 0.1 关于耐久性的定义1 耐久性的定义直接关系到对耐久性研讨范围及对象的界定，是需求首先明确的问题。由于耐久性的影响要素众多，加之人们对构造耐久性的认识多种多样，因此，很难给它一个公认准确的定义。在众多的定义中，以下几种说法较有代表性：.引言 l) 国内普通以为，构造耐久性是指构造在设计要求的目的运用期内，不需求破费大量资金加固处置而坚持其平安、运用功能和外观要求的才干金伟良等：，2002.09。.引言 2) 国外对于耐久性的一个较好的定义是由Holland于 1993年给出的，耐久性是指在正常维护条件下，经过一段时间，资料和构造的承载才干和运用性能没有大的变化的才干。亦即：耐久性是指构

3、件和资料抵抗衰退和腐蚀的才干M.J.Ryall，2002。.引言 3) 我国建立部的中定义构造耐久性为：构造在规定期限内，在各种作用下维持其运用功能的才干。这里的作用主要指大气、化学侵蚀等导致资料性能退化的环境作用；功能那么主要指与构造承载力极限形状有关的平安性(如足够的强度与稳定性)以及与构造运用极限形状有关的适用性(如有限的变形、裂痕宽度以及美观要求等)，即耐久性包括耐久的平安性与耐久的适用性。.引言 4)欧洲Duracrete【2001】定义耐久性为：混凝土构造应以这样的方式设计、建造及运作(运营)，在可以预期的环境影响下，构造在一个明确的(或隐含的)时间段内，在不需求超出预期的维护和维

4、修费用的情况下，可以坚持其平安性、适用性及可接受的外观。.引言 几种定义：偏重点不同，本质相近。 有学者以为：既应该明确耐久性研讨的主要对象，也应该明确耐久性与承载力及平安性的区别。 缘由在于：l)影响构造“平安、运用功能和外观的要素很多，假设都将其看作耐久性的研讨对象，将使得研讨范围过于广泛，缺乏可操作性；2)目前，不少研讨和文献在一定程度上混淆了构造耐久性与承载力之间的区别，这两个概念、两种性能对于构造都至关重要，但耐久性主要表示构造坚持其特定性能的才干，承载力是其中的一种性能。 .引言表0.1 4种耐久性定义的比较 .引言 吴海军以为构造耐久性可以从两个层次界定1： l)在最普遍的意义上

5、，为了认识其本质，构造的耐久性就是指其维持初始性能(包括平安性、适用性及美观)的才干； 2)从专业研讨及便于量化的角度，构造的耐久性可更详细地定义为：构造在外界环境及其他要素(设计预期的正常荷载，对于突发性灾祸事件不应多思索)共同作用下，在同样(或等效)的建立和运营维护总本钱(寿命周期总本钱)下，在设计运用寿命期内，坚持预期的平安性、适用性的才干。即耐久性的内涵应包括耐久的长寿命及经济地耐久。.引言 该提法的特点：l)耐久性的中心是构造的寿命问题；2)防止了较模糊的要素，例如关于正常维护条件以及正常维护费用的定义；3)耐久性的优劣不可防止地要涉及到经济性的问题，只需以思索了建立本钱、维护管理本

6、钱的桥梁全寿命经济性最优作为控制条件才可以对耐久性做出全面、公正的评价。.引言 运用该提法可以方便地进展耐久性的比较和评价，当明确了运用条件(外界环境及其他要素)和总体本钱，可以经过计算其实践运用寿命来评价一个详细构造的耐久性能否满足运用寿命的要求；当明确了运用条件和运用寿命后，那么可以经过计算总体本钱来评价不同耐久性设计方案的优劣。 .引言 此外，还必需认识到正如英国规范 BS7543，1992中指出的那样：“耐久性预测不能够是一门准确的科学，建筑物的寿命预测只能是个估计。该观念至少在当前阶段依然是符合实践的。但是，思索到现阶段在构造设计中所强调的只是构造在荷载作用下的承载才干，它根本上不思

7、索资料性能在长期运用过程中的劣化(除疲劳荷载作用外)，不直接思索因耐久性缺乏导致的性能失效的能够；所以，关于耐久性及运用寿命的计算虽然是近似的估算，但对于设计者、业主或运用者来说依然有其必要性。.各类桥梁面临的耐久性问题 1 各类桥梁面临的耐久性问题 经过近几十年的快速开展，我国桥梁的数量已非常庞大。其中，有不少桥梁暴显露病害，更有一些桥梁在远没有到达预期运用寿命时，就出现耐久性能严重退化的景象，甚至出现倒塌等消灭性事故。运用寿命及耐久性能的提高将是21世纪桥梁技术提高的重要标志。.各类桥梁面临的耐久性问题 1.1混凝土桥梁的耐久性问题 混凝土桥梁(主要指梁式桥)的运用历经整个20世纪，但大规

8、模开展运用开场于第二次世界大战之后。而发现混凝土构造的耐久性问题那么在战后的六、七十年代，一些兴隆国家的混凝土桥梁在运用了约三、四十年后，纷纷进入老化期，引发对原有混凝土桥梁的评价。人们始料不及的是：混凝土资料在环境及运用条件下，出现了一系列影响构造耐久性的物理、化学变化，如构造混凝土的碳化、维护层剥落、裂痕的开展、钢筋锈蚀、浸透冻融破坏等等。 .各类桥梁面临的耐久性问题 在各类桥梁中，混凝土桥梁的数量占绝对多数，1989年欧洲混凝土桥梁占桥梁总数的70%，我国混凝土桥梁占90%以上【周履，1998】。近年来，国内外关于混凝土桥梁病害和破坏事故的报道屡见不鲜。此外，虽然在各类桥梁中预应力混凝土

9、桥梁的缺陷率最低，而运用寿命的期望值最高【周履，2000】。 . 但自70年代以来，国内外都发现一些预应力混凝土桥梁发生损伤的情况，不但影响桥梁构造的正常运用，还危及运用者和构造的平安。混凝土桥梁的病害由于其数量大，涉及地域广，对交通的平安畅通影响严重，修复费用宏大，成为世界各国共同关注的问题。美国联邦公路局(FHWA)所支持的一项研讨工程曾对美国既有桥梁(共有约470 000座)的缺陷情况进展了调查，缺陷比例近1/3。 各类桥梁面临的耐久性问题.各类桥梁面临的耐久性问题表1.1 美国不同资料桥梁构造缺陷分布情况.各类桥梁面临的耐久性问题 我国交通部2003年年底的统计数字显示，全国共有公路桥

10、梁310 773座，计12 466 143延米，按归类为危险等级的桥梁为10 443座，计378 439延米14。此外，根据目前工程实际反响的信息，我国桥梁耐久性差的情况非常严峻。桥梁耐久性缺乏给后期的维护和管理呵斥了繁重的负担。 .各类桥梁面临的耐久性问题 美国联邦公路署在1989年提交美国国会的一份报告中提到：“现积压有待修补的混凝土桥梁的维修费用为1 550亿美圆【洪乃丰，2002】。美国土木工程学会在2001年指出，美国在随后的5年需求破费1.3万亿美圆来处理当时根底设备中存在的缺陷。就桥梁而言，29%的桥梁被界定为具有功能性缺陷，将需求在随后的10年中每年耗费106亿美圆来处理这一问

11、题贡金鑫，1999。 .各类桥梁面临的耐久性问题 1立柱钢筋锈蚀、维护层剥落 2主梁端部遭到雨水等有害物质侵蚀图1.1 混凝土桥梁立柱和主梁耐久性退化的典型例子.各类桥梁面临的耐久性问题 在世界范围内，钢筋腐蚀对混凝土桥梁的破坏和影响最为突出，特别是沿海、跨海桥，采用除冰盐的公路桥、城市立交桥以及处于盐碱地域的桥梁，其腐蚀破坏是相当严重的，甚至在几年、十几年内就不得不修复或重建，远远达不到预期运用年限的要求，曾经成为世界瞩目的大问题。我国根底设备的腐蚀破坏以沿海地域较为明显，有些码头桥梁运用310年就要修复。而北方撒盐除冰的危害也己经显显露来，如北京西直门立交桥，运用19年就因严重腐蚀而报废(

12、己经于1999年另建新桥)；东直门桥等数座桥的“盐害也很明显和严重，不得不作修复、加固处置王媛俐，2001 。.各类桥梁面临的耐久性问题 1.2 缆索承重桥梁的耐久性问题 缆索(拉索或吊杆)普通布置在梁体外部，且处于高应力形状，对锈蚀等外界损害比较敏感，主要表如今悬索桥钢索的锈蚀和斜拉桥拉索的损坏。 .各类桥梁面临的耐久性问题 大跨度桥梁构造中经常运用缆索承重体系来跨越江河，主要的桥型包括各种吊杆(系杆)拱桥、斜拉桥和悬索桥等。缆索(拉索或吊杆)普通布置在梁体外部，且处于高应力形状，对锈蚀等外界损害比较敏感；加之当时运用的缆索防护体系不易检查，因此，缆索和吊杆的防护与耐久性极为重要，它直接关系

13、到桥梁的运用寿命和运用性能，是缆索承重桥梁的生命线。.各类桥梁面临的耐久性问题 自二战以来，以斜拉桥的复兴为标志，世界各地陆续建筑了大量的大跨缆索承重桥梁构造悬索桥与斜拉桥。至上世纪末，己发现悬索桥在运用十年左右后，钢索己出现锈蚀；斜拉桥的拉索损坏更严重，国内外不少斜拉桥的拉索甚至在运用不到十年就损坏了。.各类桥梁面临的耐久性问题 例如，美国在1903年建世界上第一座现代化长跨度悬索桥Williamsburg桥，由于当时技术缘由和造价，没有对钢丝进展镀锌处置，而代之以亚麻油和石墨来涂覆钢丝，建成后仅7年就发现钢丝锈蚀断裂。1922年将缆索补缠镀锌钢丝，但是到了1934年，发现主缆内有水从锚锭处

14、流出；10年后，从塔顶向缆索内注入400加仑的亚麻油，1968年又注入鱼油和矿物酒清。但是一切这些措施都没有可以阻止锈蚀的开展。1992年，被迫进展为期3年的主缆维护任务，耗资7300万美圆。近年来先后有多座桥梁的拉索(或吊杆)由于耐久性缺乏而改换见表1.2吴海军，2003。 .各类桥梁面临的耐久性问题表1.2 部分缆索承重桥梁拉索或吊杆改换记录 .各类桥梁面临的耐久性问题表1.2续 部分缆索承重桥梁拉索或吊杆改换记录 广西来宾1980.11建成,1981.09通车.各类桥梁面临的耐久性问题 1.3 拱桥的耐久性问题 拱桥在我国历史长远、源远流长，不断在我国桥梁中占有非常重要的位置。我国在上世

15、纪六七十年代建筑了大量的石拱桥和混凝土拱桥，特别是众多混凝土双曲拱桥由于严重的开裂问题，而不得不加固或撤除重建。而在上世纪八九十年代建筑的二十余座预应力混凝土桁式组合拱桥，在平均运用不到15年的时间，由于严重的病害，曾经有约1/4的桥梁被炸掉或封锁弃用，另有约1/4的桥梁被严厉限载，降级运用。.各类桥梁面临的耐久性问题 1.4 钢桥的耐久性问题 公路钢桥运营期间的损伤方式主要有：钢材腐蚀与劣化、活载引发的破损、疲劳和失稳等。钢桥大国日本对1 691座钢桥重建与改建缘由的调查结果阐明：道道路形改动、道路等级的提高、河道改修和交通量添加桥宽太窄等桥梁运用功能性问题占总数的约60%，这从一个侧面反映

16、了影响桥梁运用寿命的要素的多样性。.各类桥梁面临的耐久性问题 图1.2 日本对69座桥梁上部构造损伤方式的调查结果.各类桥梁面临的耐久性问题 钢桥的腐蚀、劣化、疲劳损伤的影响要素较复杂，主要要素有： 1)资料； 2)构造构造的设计、加工工艺和施工方法； 3)作用荷载； 4)环境； 5)桥梁的运营管理等。 .各类桥梁面临的耐久性问题 综上所述，当我们将精神主要放在高速建立新桥的时候，能够想象不到假设干年后我们将不得不为了这些桥梁的维修、加固付出难以想象的繁重代价。从桥梁整个寿命周期的综合社会效益和经济效益的角度看，以当前的桥梁建立现状，每年新建桥梁越多，后期由于耐久性缺乏导致的维护和加固的负担就

17、越重，总体社会和经济效益就越差。这是必需仔细研讨处理的问题。.桥梁构造常见耐久性病害景象 2 桥梁构造常见耐久性病害景象 2.1 桥面铺装破坏 在车辆(尤其是超载、超限车辆)的长期作用下，尚未到达预期年限的桥面板经常出现凸凹不平或网状开裂等破坏景象。桥面铺装的过早破坏是世界范围的难题，特别是在气候冰冷需求采用除冰盐消除桥面积雪的国家和地域，由于氯盐侵蚀和冻融破坏的共同作用，桥面铺装寿命短、病害严重的情况非常普遍。.桥梁构造常见耐久性病害景象 2 桥梁构造常见耐久性病害景象 2.1 桥面铺装破坏 桥面铺装损坏的问题在我国也非常严重，不仅在早期建筑的桥梁中大量存在，而且国内近期建筑的几座特大型桥梁

18、(如虎门大桥、厦门海沧大桥、江阴大桥等)在运营几年后就纷纷出现桥面铺装损坏的问题。.桥梁构造常见耐久性病害景象 2.2 桥头跳车 桥梁运营一段时间后，普遍存在台后填土下沉的景象，使桥头跳车成为一种常见的病害。跳车产生的猛烈冲击和振动降低了行车的温馨性、添加了汽车的缺点率，车辆对桥台和构造产生过大的冲击力，又会使跳车景象更加严重，并影响桥梁的耐久性与运用寿命。.桥梁构造常见耐久性病害景象 2.3 混凝土开裂 在混凝土桥梁中，梁体开裂是一种影响耐久性的较为普遍的景象。混凝土裂痕按开裂部位可分为：主梁顶、底板开裂，腹板开裂，齿板开裂，预应力锚固区域开裂等。按成因可分为构造裂痕和非构造裂痕。构造裂痕是

19、指混凝土所受拉应变超越极限应变而出现的开裂景象，它的宽度可随着荷载的变化而变化。非构造裂痕普通是指由于变形遭到约束而出现的开裂景象。 .桥梁构造常见耐久性病害景象 混凝土构造中非构造裂痕产生的主要缘由普通有： l) 构造处置不当呵斥的混凝土裂痕； 2) 混凝土的干缩引起的裂痕； 3) 由于碱骨料反响(AAR)引起的裂痕； 4) 由于外界温度变化引起的裂痕； 5) 由于钢筋锈蚀引起的裂痕； 6) 由于荷载作用引起的裂痕； 7) 太阳辐射、混凝土老化、徐变及疲劳作用引起的裂痕。 .桥梁构造常见耐久性病害景象 由于其成因不同，对构造的耐久性影响也不同。第l)种裂痕，由于其深度通常较浅，对耐久性的影响

20、是可以忽略的；第3)种裂痕，在正常构造中是不允许的，属于特殊问题；第5)种裂痕的出现往往意味着构造混凝土耐久性失效；第2)、4)、6)和7)类裂痕对构造耐久性的影响普通容易被忽视。 混凝土裂痕对构造耐久性产生影响主要是由于裂痕增大了混凝土的浸透性，使空气中的有害气体或物质容易渗入混凝土内，致使钢筋钝化膜较早破坏而产生锈蚀。.桥梁构造常见耐久性病害景象 2.4 钢筋锈蚀 受力钢筋的锈蚀将导致其有效截面的下降；锈蚀后钢筋的体积膨胀又会导致混凝土开裂或外表混凝土成块零落，从而减弱构件整个截面的面积；随着钢筋锈蚀程度的增大，钢筋与混凝土之间的粘结力减小、共同作用遭到损害，从而引起构件承载力下降。混凝土

21、开裂后又使原来处于混凝土维护层下的钢筋暴露于空气中，加快了钢筋锈蚀的速度，呵斥恶性循环。引起钢筋锈蚀的两个主要缘由是混凝土的碳化及氯离子的侵蚀。.桥梁构造常见耐久性病害景象 (l)碳化15 影响构造耐久性的要素很多，其中混凝土碳化是一个重要的要素。通常情况下，早期混凝土具有很高的碱性，其pH值普通大于12.5，在这样高的碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用，使得钢筋外表产生一层钝化膜，可以阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳和水汽从混凝土外表经过孔隙进入混凝土内部时，与混凝土资料中的碱性物质中和，会导致混凝土的pH值降低。 .桥梁构造常见耐久性病害景象 当混凝土完全碳化后，就出现pH9的情况

22、，在这种环境下，混凝土中埋置的钢筋外表钝化膜被逐渐破坏，在其他条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀又将导致混凝土维护层开裂、钢筋与混凝土之间粘结力破坏、钢筋受力截面减少、构造耐久性能降低等一系列不良后果。.桥梁构造常见耐久性病害景象 混凝土的碳化机理：混凝土的根本组成成分是水泥、水、砂和石子，其中的水泥与水发生水化反响，生成的水化物本身具有强度(称为水泥石)，同时将散粒状的砂和石子粘结起来，成为一个巩固的整体。在混凝土的硬化过程中，约占水泥用量的三分之一将生成氢氧化钙Ca(OH)2，此氢氧化钙在硬化水泥浆体中结晶，或者在其空隙中以饱和水溶液的方式存在。由于氢氧化钙的饱和水溶液是pH值为

23、12.6的碱性物质，所以新颖的混凝土呈碱性。.桥梁构造常见耐久性病害景象 然而，大气中的二氧化碳却时辰在向混凝土的内部分散，与混凝土中的氢氧化钙发生作用，生成碳酸盐物质，从而使水泥石原有的强碱性降低，pH值下降到8.5左右，这种景象就称为混凝土的碳化中性化。这是混凝土中性化最常见的一种方式。.桥梁构造常见耐久性病害景象混凝土碳化的主要化学反响式为：CO2+H2O H2CO3 Ca(OH)2+H2CO3 CaCO3+2H2O.桥梁构造常见耐久性病害景象 影响混凝土碳化的要素：混凝土的碳化是伴随着CO2气体向混凝土内部分散，溶解于混凝土孔隙内的水中，再与各水化产物发生碳化反响这样一个复杂的物理化学

24、过程。研讨阐明，混凝土的碳化速度取决于CO2气体的分散速度及CO2与混凝土成分的反响性。而CO2气体的分散速度又受混凝土本身的组织密实性、CO2气体的浓度、环境湿度、试件的含水率等要素的影响。 .桥梁构造常见耐久性病害景象 所以碳化反响受混凝土内孔溶液的组成、水化产物的形状等要素的影响。这些影响要素可归结为与混凝土本身相关的内部要素和与环境相关的外界要素。对于服役构造物来说，由于其内部要素曾经确定，因此影响其碳化速度的主要要素是外部要素，如CO2的浓度、环境温度和湿度。 .桥梁构造常见耐久性病害景象 快速碳化实验阐明，CO2的浓度越高，且压力越大，碳化深度越大，由于高浓度，高压力的CO2气体能

25、较快地向混凝土内部分散，使碳化反响迅速进展。因此，在城市交通忙碌路段处的构造物或CO2浓度较高的工业厂房往往碳化景象较严重。 另外，碳化较易发生在潮湿的环境中，尤其是干湿交替的环境，因此南方的建筑物容易产生碳化景象，且随着温度的升高，混凝土的碳化加速。.桥梁构造常见耐久性病害景象 (2)氯离子的侵入 混凝土中的高碱性溶液对钢筋起维护作用，而氯离子会经过分散和毛细作用进入混凝土内，当溶入混凝土中的氯盐含量到达混凝土分量的0.1%0.2%时，钢筋开场锈蚀；当氯盐含量超越1%后，钢筋的锈蚀面积将急速添加。.桥梁构造常见耐久性病害景象 氯离子导致钢筋腐蚀需求有以下条件： l)钢筋外表钝化膜被破坏； 2

26、)有充足的氧的供应； 3)有适宜的湿度。 大量的工程实际阐明：枯燥环境下的钢筋不易腐蚀，潮湿或干湿交替环境下腐蚀开展较快，而长期处于海水下的构造，虽然氯离子浓度很大，但由于缺氧也不易腐蚀。.桥梁构造常见耐久性病害景象 2.5 桥梁附属设备的病害 包括伸缩缝和支座等的病害。 (l)伸缩缝 伸缩缝设置在梁端相对薄弱的部位，受桥面温度变化的影响和车辆荷载的作用频繁地伸缩变形，极易损坏。伸缩缝损坏后，不仅影响行车的温馨性，而且能够呵斥水的下渗，进而导致桥梁主体构造和支座的腐蚀及老化。.桥梁构造常见耐久性病害景象 (2)支座 活动支座应能保证上部主梁构造的自在变形(转动或挪动等)。当有异物填充，或钢板支

27、座锈蚀、螺母松动或螺栓零落及橡胶支座出现老化时，上部主梁构造能够会丧失自在伸缩的才干，导致应力重新分布，能够引起开裂等病害。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 3 引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 3.1 设计方面的要素1 很多桥梁病害与施工质量低劣有关，但在成认施工存在问题的同时，也不可否认，在桥梁设计中还有许多可以改良的地方。许多设计人员往往只满足于规范对构造强度计算上的平安度需求，而忽视从构造体系、构造构造、资料、构造维护以及从设计、施工到运用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证构造的平安性、耐久性。设计方面的问题从大的方面可以简单地归纳为：.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分

28、析 (l)设计规范低 我国公路桥梁荷载规范是经过多次修正逐渐提高的，随着交通事业的开展，既有桥梁的荷载规范不能满足当前汽车荷载规范的要求，由此能够导致桥梁耐久性加速劣化，这种情况在世界各国都普遍存在。此外，长期以来，由于经济及社会条件的限制，我国规范在桥梁性能及构造细节设计方面的要求不断较低，也在客观上影响了桥梁的耐久性。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 (2)构造与构造细节不合理 在国内桥梁总体设计方案的比选过程中，普通由地质条件、施工方法、经济目的等要素来决议方案的取舍，而很少从耐久性的角度来进展分析和评价。例如采用预应力构造或钢筋混凝土构造，简支或延续，T型梁或箱梁以及跨径比例、断面

29、尺寸的拟定等众多构造与构造问题，不但影响经济性，对桥梁的耐久性能也有很大影响；评价目的的缺失，能够导致中选方案的构造耐久性能缺乏，为运营后桥梁出现病害埋下了病根。有的构造整体性和延性缺乏，冗余性小；有的计算图式和受力途径不明确，呵斥部分受力过大；有的混凝土强度等级过低、维护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄；这些都会减弱构造耐久性，添加桥梁的病害。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 吴海军总结的混凝土桥梁耐久性设计原那么与构造措施10： 1)力线平滑、应力均匀流畅的原那么； 2)构造应保证整体性、延续性和冗余性； 3)构造应具有可检性、可修性和可交换性； 4)构造应具有良好的防水才干；

30、5)构造设计应保证可施工性。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 (3)计算的要素 l)在桥梁设计和计算过程中，未充分思索混凝土徐变、收缩及温度应力等非荷载要素的影响； 2)在进展构造有限元分析时，过度强调部分性单元划分的精细化，对构造边境约束、衔接条件和传力途径等全局性问题认识不够； 3)就施工方法、施工顺序和施工荷载对构呵斥桥性能的影响注重不够； 4)在构件的特殊部位，如构件的角隅处、预应力钢筋的锚固处，在部分应力传送与分布的影响下，会出现应力突变，由于计算手段和实际的局限，往往出现构造配筋布置缺乏或不当的问题。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 3.2 施工和管理的要素1 (l)施工质

31、量低 大量的桥梁在远没有到达预期运用寿命时，出现了影响正常运用的病害与劣化。特别是一些桥梁在只运用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性缺乏的问题，这与施工质量低下有重要关系，典型的问题有钢筋维护层缺乏及目前广泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常运用产生明显的影响，但却会对构造的长期耐久性产生非常不利的危害。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 主要问题有： l)资料质量控制的问题； 2)预应力资料防护问题； 3)压浆不及时或操作不合理； 4)张拉力缺乏，张拉程序不合理； 5)锚头防护不够； 6)施工缝处置不当等。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析

32、(2)管理制度欠完善 l)只注重建立初期的本钱，而忽视桥梁从规划、建立到运营、破坏整个寿命周期的总体本钱。国内桥梁工程招招标中经常是报价越低，得分越高，中标的希望越大。 2)对工期的不合理要求。 3)工程移交方式不够合理。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析3.3 运用的要素(l)汽车超载运转1 汽车超载主要有三种情况：其一是早期建筑的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超越原设计预期；其三是车辆违规超载。前两种产生的缘由主要是设计荷载的变化和交通量的添加所导致；后者是车辆运用者违法超载营运，后两种超载景象在我国公路交通运输中较为普遍。.引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 一方面，桥梁的超

33、载运用能够引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些由超载引发的构造破坏事故。另一方面，由于超载呵斥的桥梁内部损伤不能恢复，将使桥梁在以后正常荷载下的任务形状发生变化，从而能够危害桥梁的平安性和耐久性。 .引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 例如，预应力混凝土桥梁不断被以为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下，能够发生开裂；裂痕即使在荷载卸除后可以闭合，但由于构造内部曾经遭到损伤，构件的开裂弯矩降低、刚度下降；于是在正常运用荷载作用下，本来不该开裂的构造产生裂痕或本来较小的裂痕成为超出规范允许的裂痕或产生较大的变形吴海军，2002。这些都会对构造长期的运用性能和耐久性

34、产生不利的影响。因此，除了交管部门要加强管理外，也需求对超载带来的后果进展研讨、分析。 .引起桥梁构造耐久性病害的要素及分析 (2)其他要素 其他对桥梁呵斥的危害的要素包括风雨侵袭及自然环境作用、遭到不测剧烈冲击、温度的变化导致的内力及应力重分布、地震、洪水等自然灾祸等；又如桥上车辆拥堵使得拥堵车辆荷载效应大于设计车辆活载效应，从而影响桥梁的平安性和耐久性2；北方城市桥梁除冰盐对桥梁耐久性产生不利影响3。 桥梁的耐久性病害和缘由并不完全是一一对应的，往往一个要素是诱发病害的主要原因，其他要素那么加速或促进病害的开展。.提高构造耐久性的措施4 提高构造耐久性的措施44.1 提高设计质量 设计规范

35、明确规定进展耐久性设计。贯彻全寿命设计思想。4.2 建立桥梁工程耐久性评价体系 桥梁工程运用年限较长，耐久性的好坏难以在短期内鉴定，并且难以以单一的、准确的目的鉴定。.提高构造耐久性的措施4.3 建立桥梁资料库并将桥梁的监测与维护制度化 要确保构造的正常运用，及时发现平安隐患，必需建立定期监测的制度，及时发现问题，以便及时维修与加固。4.4 进一步加强提高耐久性方面的技术研讨并积极自创国外的阅历和成果 一方面是资料的研讨， 另一方面是关于设计理念的研讨。44.5 从资料方面提高12 控制资料质量、运用高性能资料、不锈钢资料、防护涂层资料、环氧树脂包裹资料等。.耐久性设计方法5 耐久性设计方法

36、总体说来桥梁构造耐久性设计分为耐久性资料设计、耐久性计算和验算、构造外观和构造措施三个部分： 1、耐久性资料设计就是基于资料耐久性退化机理，对桥梁建立中采用的资料提出质量和施工要求，比如高强混凝土、防渗混凝土、混凝土外加剂、防锈钢筋的设计和混合料的质量要求等。.耐久性设计方法 2、耐久性设计和验算就是在现行规范的设计计算和验算中思索耐久性影响系数，表征构造抗力随时间衰减变化的规律，是时间的函数。利用它在桥梁设计基准期内预测构造承载才干的变化规律，进而对桥梁整个寿命期的“安康情况做到适时控制。.耐久性设计方法计算公式例子.耐久性设计方法计算公式例子.耐久性设计方法 3、桥梁外观和构造措施是指桥梁

37、设计要留意桥梁构造与自然地理环境条件相调和、构造内部防止出现不利于桥梁耐久性的构造。 外观包括：对于各种地形条件桥梁跨径的布置和构造方式的选择，人的消费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； 构造措施包括：桥梁构造构造应防止计算出现不利于耐久的内力、变形，在荷载作用下传力途径简约明确、均匀平滑，杜绝应力应变集中和突变、部分集中裂痕等。11.耐久性设计方法 .耐久性设计方法 5.1全面的耐久性设计方法1 5.1.1 基于运用寿命及资料性能退化的耐久性设计方法 基于运用寿命及资料性能退化的实际计算方法是目前独一可以实现的定量的耐久性设计方法，经过调整维护层厚度、钢筋

38、数量、混凝土强度等耐久性设计参数可以使桥梁构造的耐久性寿命满足设计要求。对于混凝土桥梁可以采用的耐久性措施包括：采用耐久性能优良的原资料，如水泥、砂及碎石；采用抗腐蚀和抗锈蚀性能良好的钢材，如采用不锈钢筋、环氧涂层钢筋或采用FRP筋等新型复合资料；优化混凝土的配合比，减小水灰比、减少孔隙率，提高混凝土的密实性，加强混凝土抵抗外界有害物质侵蚀的才干。.耐久性设计方法 5.1.2 基于桥梁构造构造与细节的耐久性设计方法 除了满足基于运用寿命的设计计算和规范建议的措施外，在构造构造上需求满足：构造体系设计应简约、构外型式应一致谐调，构造应具有良好的整体性、强壮性和冗余性，构造力线的传送要均匀，应充分

39、做好构造的防水问题，构造细节应充分思索到后期检查、维护和改换的需求。这是保证寿命期良好耐久性的必要前提，也是桥梁全寿命经济性的可靠保证。 .耐久性设计方法 详细地，在设计阶段可从下面几个方面详细衡量桥梁构造的耐久性能的优劣： l)在荷载作用下，构造应传力明确、传力途径较短； 2)力线平滑、应力均匀流畅； 3)构造的整体性、延续性和冗余性； 4)构造应具有可检性、可修性和可交换性； 5)构造应具有良好的防水才干； 6)构造设计应保证可施工性，从而易于保证施工质量。.耐久性设计方法 5.1.3 确保耐久性的施工质量控制要求 施工是实现设计目的的关键步骤，良好的施工质量是保证桥梁构造耐久性的关键要素

40、。以耐久性能为目的的施工质量要求一定不同于目前以承载才干为目的的控制要求，因此，确定施工质量控制规范也是耐久性设计的重要环节。.耐久性设计方法 5.1.4 基于耐久性及经济性的桥梁维护、管理战略 构造的维修、加固时机和方案不但影响桥梁的耐久性和平安性，还将直接影响全寿命的经济性，因此维修决策将不能简单地依托阅历来确定，必需根据各种方案的不同效果性能与耐久性、经济性加固的直接本钱与交通扰动等的间接本钱之和来进展优化，从中选择最优的时机和方案。因此，基于耐久性和经济性的桥梁维护、管理战略与方案也是需求在耐久性设计阶段思索和明确的重要内容。.耐久性设计方法桥梁维护、管理对构造性能影响的图示 .耐久性

41、设计方法 5.1.5 基于全寿命本钱分析耐久性设计评价与优化 基于全寿命本钱的经济性分析方法是评价和选择耐久性设计方案及进展桥梁维护管理战略优化的有力工具。在设计阶段就应综合思索建立、运营、维护、管理等桥梁寿命全过程的费用。从全寿命经济性的观念规划桥梁耐久性设计、施工、维护管理等环节的详细方案。.耐久性设计方法 目前的常规桥梁设计过程主要思索初始建立费用，而很少思索运营、维护、管理等费用，难于对桥梁耐久性设计方案作出评价；它是经过承载才干验算及建立本钱比较来满足既平安、又经济的要求；而桥梁耐久性设计是涉及全寿命运用周期的问题，相应地，可以经过耐久才干设计验算及全寿命经济性的比较与优化来满足既平

42、安耐久又经济的目的。 .耐久性设计方法 5.2 桥梁全寿命设计6,13 5.2.1 概念 为寻求全寿命周期内桥梁的人文、生态、环境、技术、功能和经济效益等综合最优，对构造、资料、耐久性、美学、环保、施工、管养以及全寿命本钱等进展综合设计的方法6。.耐久性设计方法 5.2.2 设计的主要内容 (1)桥梁整体及各可改换部件的设计寿命确实定。 (2)性能设计。构造体系和部件的功能设计及其未来能够的灵敏性设计；为满足桥梁平安性能的要求，需进展强度、稳定性等构造设计；为满足桥梁耐久性能的要求，需进展耐久性设计；进展行车平安性分析和设计，以满足运用者对出行平安的要求；风险分析和对策设计，使桥梁在遭遇一定概

43、率的风险事件后，不呵斥较大经济损失和人员伤亡，明确工程保险本钱。.耐久性设计方法 (3)美学设计。包括外型设计和景观设计，以满足人们对桥梁美学和景观欣赏的需求。 (4)生态设计。包括环境维护设计、回收与再利用设计。 (5)施工过程控制设计，以确保良好施工质量并忠实地表达设计成果。 (6)桥梁的管理、养护设计。包括桥梁运营期内的监测、养护、维修、管理等，使桥梁在运用寿命期内一直坚持良好性能，满足运用功能的要求。.耐久性设计方法 (7)全寿命周期本钱分析是进展桥梁全寿命设计不可短少的内容之一。要选择最优的设计方案，必需进展全寿命周期本钱分析，对整个寿命周期内发生的一切本钱(包括财务本钱和环境本钱)

44、进展比较，在平衡各种需求的前提下，选择全寿命周期本钱较低的方案。.耐久性设计方法 5.2.3 桥梁工程全寿命设计的阶段划分6 桥梁工程全寿命设计从投资规划开场，可分为工程可行性研讨、初步设计和施工图设计3个阶段。分别如图5.1图5.3 所示。.耐久性设计方法 图5.1 工程可行性研讨流程图.耐久性设计方法 图5.2 初步设计阶段流程图.耐久性设计方法 图5.3 施工图设计阶段流程图.耐久性设计方法 5.2.4 吴海军提出的基于运用寿命设计和全寿命经济性控制的耐久性设计方法 给出了耐久性设计的主要步骤7： 确定目的运用寿命和设计运用寿命； 环境效应分析； 劣化要素和机理确实定； 选择耐久性模型；

45、 耐久性参数的计算； 对常规力学方法的计算进展修正； 耐久性参数运用到最终设计。.耐久性设计方法全面的桥梁构造耐久性设计方法框架.耐久性设计方法 5.2.5邵旭东等提出基于寿命周期本钱(Life-Cycle Cost，简称LCC)的设计方法8 该方法是以桥梁效力程度为根底，寿命周期本钱总和现值最小为目的的设计方法。它是以最小的全寿命投入获取最优的桥梁长期效力程度这一性能为目的的新设计方法。该方法的中心是在设计阶段便思索桥梁建成后的养护、维护和管理问题，综合评价桥梁建造本钱、用户本钱和社会本钱，力求到达总体资源耗费最小为目的。桥梁全寿命设计流程如图5.4所示。.耐久性设计方法图5.4 桥梁全寿命设计流程.耐久性设计方法桥梁生命周期本钱构成.耐久性设计方法桥梁生命周期本钱分析流程.耐久性设计方法5.2.6 马军海和陈艾荣等提出的桥梁全寿命设计总体框架9,13 他们的相关论文提出：把桥梁全寿命设计概括为运用寿命设计、美学设