分析混凝土桥梁结构的耐久性

工业技术SC}LNO〔&1卜0于INOLOOYINF(1刁MAT}ON分析混凝土桥梁结构的耐久性(茂名市交通设计院武彩故茂名525co0)摘要:本文对混凝土结构耐久性问题进行了全面的分析，从混凝土结构耐久性的研究现状及引起其损伤的主要因素、提高的措施进行了分析，对混凝土桥梁结构的耐久性设计、施工和管理具有借鉴作用。关键词:桥梁结构因素耐久性中图分类号:TU72文献标识码:A文章编号:1672一3791(2007)11(a卜0017一02厚度。(4)混凝土保护层的完好性:混凝土保护层是否开裂、有无蜂窝孔洞等，对钢随着交通事业这些年的蓬勃发展，我1我国桥梁耐久性问题大气环境下，混凝土碳化则是混凝土中钢筋锈蚀的前提条件。混凝土碳化的影响因国桥梁建设暴露出许多的缺陷，腐蚀坏化是一个主要问题，超重车辆导致桥梁结构设计的桥梁中有不少存在承载力不足和抗出现过大的裂缝或下挠，此外，按以往标准地震能力不足的问题，因此，旧桥的检查、评估、维修加固的工作已成为桥梁工程中的一项主要工作。我国桥梁建筑的现状正处于新建与改造共存的阶段，因此，桥梁结构的耐久性问题已引起人们的高度关注。2混凝土结构耐久性研究现状长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料的影响，忽视了钢筋混凝上结构的耐久性问题，造成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并因此付出了巨大的代价。我国对混凝土结构耐久性的研究及损伤的鉴定评估、修复补强工作起步较晚，80年代才开始得到重视，并相继开展了钢筋腐蚀和混凝土碳化等耐久性方面的调查研究，以及寿命评估与耐久性设计的理论与方法等方面的研究，井着手编制了一系列的关于混凝土结构耐久性设计规范和标准等。3引起结构耐久性损伤的因素结构的耐久性损伤的因素有很多方面:比如设计因素如材料的选择、强度的取值、设计计算和构造措施等;施工因素如水泥的品种、水灰比的大小、骨料的种类和级配、施工中的质量控制等，都直接影响混凝土结构的耐久性。外界环境因素对混凝土结构的破坏，是环境因素对混凝上结构的物理化学作用的结果。能引起混凝土结构产生损伤或破坏，从而降低结构耐久性的环境因素有混凝土碳化。另外，随着结构服役时间的增长，受使用环境的影响，混凝土强度将有所下降，这也会影响混凝土结构的耐久性。使用过程中，超重荷载(如超重车辆)对结构产生的裂缝和过大变形，也会影响混凝土结构的耐久性。总之，混凝上的耐久性取决于以下几个方面的因素混凝王结构的设计与施工质量，:1)混凝上材料的自身特性3)混凝土;2)结构所处的环境件与防护措施。其中混凝土材料的自身特;4)混凝土结构的使用条性和混凝土结构的设计施工质量是决定其耐久性的内因，混凝土所处的环境条件及防护措施是影响混凝土结构耐久性的外因。3.1混凝土的碳化混凝土结构中的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要因素，在一般素有高，碳化速度越快:1)环境中C02;2)的浓度环境温度:C02:环境温度的浓度越升高，碳化速度加快;3)环境湿度:环境相对湿度为40%一60%时，碳化速度较快，相对湿度较低或较高时，碳化速度较慢。4)水灰比:在水泥用量不变的条件下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率越大，密实性越差，渗透性也就越大，因而碳化速度也就越快;5)水泥品种:早强型普通硅酸盐水6)泥混凝土比矿渣水泥混凝土碳化速度慢水泥用量:水泥用量越大，碳化速度越;慢;7)混凝土抗压强度:混凝土抗压强度越大，碳化越慢;8)施工质量及养护:混凝上施工质量对混凝土的品质有很大影响，混凝土浇注、振捣不仅影响混凝土的强度，而且直接影响混凝土的密实性，混凝土早期养护不良，水泥水化不充分，使表层混凝土渗透性增大，这些自然影响混凝土的碳化速度。主2级离子对混凝土结构的俊蚀钢筋混凝土结构在使用寿命期间可能遇到的各种暴露条件中，氯化物是一种最危险的侵蚀介质。书自海洋环境和除冰盐的绿化物污染引起的钢筋锈蚀，严重威胁着混凝土结构的耐久性。氯离子在混凝土内的扩散深度和浓度是反映混凝土耐久性的重要指标，它主要与混凝土材料的组成、内部孔结构的数量和特征、水化程度等内在因素有关，同时也受到外表因素包括温度、养护龄期、掺合料的种类和数量、诱导钢筋腐蚀的氯离子的类型等有关。氯离子腐蚀的防护措施应从以下几方面着手:1)国家标准和行业规范中应对混凝土结构中的氯离子含量规定其限值，对砂、石、水等原材料有相应的氯离子限量规定和超限时的处理方法。2)控制前期原材料中氯离子的含量，防止氯离子进人混凝土内;3)提高混凝土保护层厚度和质量;4)混凝土表面涂层。近海或跨海的桥梁结构，海洋环境对混凝土的腐蚀，主要是氯离子对混凝土的腐蚀。3.3混凝土中的钢筋锈蚀影响混凝土结构中钢筋锈蚀的因素有:(1)混凝土液相pH值:当pH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小筋锈蚀速度急剧增大。;pH(2)混凝土中值小于4CI时，钢的含量:Cl含量越大，钢筋锈蚀越严重。(3)混凝土密实度和保护层厚度:混凝土对钢筋的保护作用包括两个方面，一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜，二是保护层对外界腐蚀介质、氧气和水分等渗入的阻止，它取决于混凝土密实度和保护层科技资讯scl己No〔筋锈蚀有明显的影响。(5)水泥品种和掺合料:掺人符合标准的粉煤灰，虽然混凝土的碱性有所下降，但提高了混凝土的密实度，这无凝对防止钢筋锈蚀是十分有利的。6)环境条件:混凝土结构在干燥无腐蚀介质情况下，其使用寿命要比在潮湿及腐蚀介质中使用要长2一3倍。另外，混凝上的抗渗性与抗冻性以及混凝土的碱一集料反应都是影响混凝土结构耐久性的因素;结构在重荷载(超过设计荷载)作用下，梁、板产生过大的裂缝或变形也是引起结构耐久性操作的最重要的一方面因素。近年来，有相当数量的桥梁车辆使得桥梁结构构件出现过大的裂缝或维修、加固都是因为超重车辆所致，超重严重下挠，超重车辆已成为桥梁结构耐久性的一大“杀手”。4提高桥梁结构耐久性的措施由于桥梁结构的设计寿命一般都是几十年或上百年，桥梁耐久性中有一个常被人忽视的问题，人们习惯的误解，认为钢筋混凝土桥梁属于永久性建筑，它的设计基准期为100年，那么在100年内就不会出现桥梁因耐久性损伤而产生的破坏。而现实中，处于恶劣环境中的混凝土桥梁结构远远达不到设计使用寿命，有的在15一20年就出现了钢筋锈蚀破坏，甚至在更短的时间内就要需进行大修。因此对新建的桥梁结构进行耐久性设计，对已投人使用的桥4.梁结构加强检测、维护和管理尤为重要。，桥梁结构耐久性设计的内容:(1)桥梁混凝土材料设计。桥梁结构混凝上应采用高耐久性混凝土。高耐久性混凝土，是指特种混凝土或高强能(HPC)混凝土。特种混凝土一般具有快(HSC)、高性硬、高强、改性复合、抵抗侵蚀能力高等特点;高强、高性能混凝土一般具有远高于普通混凝土的密实性和抗渗透性。桥梁混凝土材料设计包括混凝土原材料的优选和配合比的优化设计，除强度、水胶比、水泥用量、外加剂及掺合料用量等指标间接反应耐久性要求外，还要提出混凝土的抗渗性、抗冻性、抗氯离子渗透性、抗碳化、抗裂缝性能等耐久性技术指标。实际上，桥梁工程师已经在不自觉地进行耐久性设计了，比如:对于近海或跨海的桥梁结构，尽量采用预应力构件，控制好构件裂缝:在桥面铺装混凝土中加入钢纤维，提高了混凝上的韧性，使混凝土在抗弯拉、抗冲击、耐磨损、抗疲劳及控制裂缝面度具备优良的力学性能。&丁「c日No[00丫INFORMATION17下LC卜INOLOOYINFORMA[}ON工业技术基于CATIA的汽车车身曲面逆向造型(南京航空航天大学航空宇航学院刘永军胡宇群南京21。。16)摘术要:介绍了利用CATIA进行复杂曲面造型设计流程;从已有的汽车外形图出发，提出了了一种利用CATIA曲面造型技关键词反求设计汽车车身曲面数模重建的方法，简化了设计过程，缩短了产品开发周期。中图分类号:CATIA:TP391.72汽车曲面造型文献标识码反求设计:A文章编号:1672一3791(2007)11(a)一0018一021概述随着计算机技术的不断深入应用和ZcATIA主要曲面造型方法积等按定义的规律变化形成的曲面;(7)步尔运算曲面:对几个曲面的布尔运算形成人们需求与审美观的不断变更，汽车产业CATIA是由法国Dassauit公司开发的一的曲面。界需要努力缩短产品生命周期!’一21，不断推款高档的大型CAD/CAM软件，其方便的陈出新。然而传统的预定开发模式13]费操作和强大的曲面设计功能而在飞机、3曲面造型设计流程时、费力，生产周期长，成本高昂，不能适汽车等设计领域复杂曲面造型设计中广应对产品的快速修改、个性多样的特点，设计者一般从线型设计开始生成线框另外，产品的客户需求个性化，也使得传泛应用。CATIA曲面造型技术主要有规模型，再将光顺好的线框模型转化为曲面则曲面造型和复杂曲面造型两种。规则模型。CATIA曲面造型设计流程一般包统设计方法难担重任，很难直接通过数学曲面造型，如锥面、管面、球面等由旋转、模型来建立其结构。在这样的背景下，逆拉伸等方式生成，相对简单;复杂曲面的括5个步骤，即(1)零部分析和曲面分解;(2)选择造型方法，进行独立曲面的造型设向工程应运而生。逆向工程是产品设计造型设计是产品设计中的难点和重点。计;(3)独立曲面质量评价;(4)曲面组合，领域的一门关键技术，是根据已经存在的CATIA软件中复杂曲面造型即SURFZ、形成整体曲面;(5)整体曲面评价。产品模型，反向推出产品设计数据(包括FREEFROMDESIGN、PATCH、NET汽车工业发展到今天，各大汽车公司设计图纸或数字模型)的过程。等功能提供了十几种曲面造型方法，根据为了树立自己的品牌形象，已愈来愈重视逆向工程的关键技术之一是以还原其曲面构造的方式，分为以下几类:(1)扫汽车造型所起的作用，造型已成为汽车产原始设计参数为目的的反求设计1礴]技术，描曲面:发生线沿“脊线”运动扫过形成品竞争的最有力的手段之一。汽车产品设从工程技术角度看，可分为实物反求、的曲面。(2)截.面驱动曲面:控制各截面形计中很大部分零件是由一系列复杂的空间软件反求和影像反求三类，是一种产品状/面积，按“脊线”运动形成曲面;(3)曲面构成的。汽车外观给人的感觉要流线设计的新方法。本文将依据平面设计的连接曲面:以确定的控制线对两个曲面新颖车型资料(而不是依据由三坐标测流畅，反光规则，质地柔美。因此车身曲面倒圆形成的曲面;(4)填充曲面:在已有的的质量对车辆的档次起着至关重要的作量机或者激光扫描仪测出的坐标点云)，曲面围成的区域的空白处填充形成的曲用，汽车外壳的曲面造型要有很高的要求。采用CATIA曲面造型技术进行汽车三面;(5)网格曲面:在一系列纵横交错的曲维数模重建，为开展产品并行设计奠定线逼近形成的曲面;(6)规律描述曲面:对基础，简化了设计过程，缩短开发周期。构成曲面的某一特征量如角度、半径、面4汽车外壳曲面造型实例结合上文的曲面造型设计流程以及某(2)混凝土桥梁结构构造与裂缝控制。不能任意改变桥梁结构的受力状态和提高混凝土构件应尽量减少暴露的表面和棱桥梁荷载等级，对于确实需要提高荷载等土桥梁结构的耐久性设计、施工以及管理角，处于严重侵蚀环境下的构件截面棱角级的桥梁，应进行承载力检测和评估;注有所帮助，不妥和错误之处，请各位专家批宜做成圆角;结构的形状和布置应有利于评指正。文中有些重要结论引自各文献的通风、排水和避免水汽在混凝土表面集意新材料粘贴钢板、植筋、体外预应力(如钢纤维、碳纤维))、新工艺在桥梁结构(如研究成果，在此，对文献的作者表示诚挚的聚;构件的细部设计应考虑所有钢筋和预感谢。埋件周围以及模板内所有角落里，混凝土维修和加固中的应用，这些新材料、新工艺可有效地提高现有桥梁的耐久性，延长均可无离析地充分浇筑和捣实，不得有石其使用寿命;路政管理部门应加强管路，参考文献粒靠在密集的钢筋网上，形成环境侵蚀介特别是限制超过桥梁承载能力的过往车【]1金伟良，赵羽习.混凝上结构耐久性.科学出版社，北京:2002.质渗人。辆，减少超重荷载对桥梁结构的损伤。(3)与耐久性有关的施工质量要求，特总之，桥梁结构的耐久性与结构的使【]2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计别是混凝土保护层厚度的质量控制和混凝规范(JTJ023一58).北京:人民交通出版用寿命是相互联系的，结构的耐久性越好，土初期养护质量等保证措施。包括精选原其使用寿命就越长。提高桥梁结构耐久性社，1985.材料和优化混凝上配合比设计;采用先进13]桥梁结构高耐久性混凝土设计与施工规程措施，一方面，要通过仔细设计和精心施(DB23/T087一2002).北京:人民交通出版的搅拌设备，材料输入采用电子称计量;混凝土的浇注和振捣;浇注温度和混凝上工，最大限度地提高混凝土本身的耐久性，社，2002.在使用中保持低渗透性，以限制环境侵蚀14]牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测.温升控制等多个环节。介质渗透混凝土，从而预防或推迟钢筋锈(4)对处于严酷环境下的结构物，应采北京:科学出版社，2003.蚀;针对特别恶劣的环境要采取特殊的防用特殊的防腐蚀措施。比如采用耐腐蚀钢护措施。另一方面，对于现有的桥梁结构，〔5」混凝土结构设计规范中国建筑工业出版社，(GBJ101989.一89).北京:筋，对混凝土表面进行防护处理;混凝土应加强管理，定期检查、维修和加固，确保中掺加阻锈剂。桥梁安全运营。【]6中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及(5)提出结构使用阶段的定期检测和定预应力混凝土桥涵设计规范(送审稿).北京:2002.期维护的要求。5结语4.2对现有桥梁的检测、维护和管理桥梁投入使用后，要进行本文简要地介绍了桥梁结构的现状;构定期检查和混凝土结构耐久性研究现状;引起混凝土及时维修，对已破坏损伤的保持原工程结构的承载能力件要及时更;结构耐久性损伤的主要因素;以及提高混换或加固凝土桥梁结构耐久性的措施，旨在对混凝18科技资讯SCI「NC「&丁「C日Noloo丫IN卜ORMAI-ION