论桥梁构件的设计使用寿命及耐久的重要性
摘要:通过定义桥梁及桥梁构件的设计使用寿命,对桥梁构件进行按结构体系划分和耐久性设置研究.调查了国内外桥梁结构及构件的实际工作寿命和规范指南中的设计使用寿命建议值,提出了基于寿命周期成本分析法的确定桥梁结构构件设计使用寿命的直接方法和简化方法.直接法首先为构件制定寿命方案,通过计算各寿命方案的寿命周期成本,选择经济性最优的方案;在简化法中给出了设计使用寿命简化计算公式,对影响系数进行了划分及取值讨论,并给出了基于专家调查的构件基础设计使用寿命建议值.最后,针对桥梁设计中耐久性的重要性,分析了耐久性的影响因素,提出了设计中提高桥梁结构耐久性的措施,以将耐久性设计的理念深入到桥梁结构设计的细节之中。
关键词:桥梁工程;桥梁耐久性;桥梁构件设计使用寿命; 混凝土
在各国现行桥梁结构设计和施工规范中,涉及耐久性及设计使用寿命的内容很少;在中国的桥梁建设实践中,桥梁及构件设计使用寿命的制定往往为业主单位的单方面要求,缺乏相应的设计理论支持.对于桥梁结构,不同组成构件在使用过程中有不同的退化模式,在维护管理及更换方面有明显的差异,因此对不同桥梁构件分别制定合理的设计使用寿命应当是桥梁耐久性设计的第一步,对降低桥梁寿命周期成本有着重大意义.本文采用了如下方法:首先明确桥梁及桥梁构件设计使用寿命的概念,调查国内外桥梁结构构件实际使用寿命和结构设计寿命建议值,进行桥梁构件划分和耐久性分类,研究桥梁构件的耐久在影响桥梁寿命中的作用。由于混凝土桥梁是最主要的一种桥梁结构,在我国的公路、市政建设中得到了广泛的应用。桥梁通常处于恶劣的环境中,在运行中除了要承受车辆、风、地震等荷载作用以外,还要受到外部环境、有害物质的侵蚀,混凝土材料会不断退化,导致桥梁结构各部位出现不同程度的损伤。实际桥梁结构设计中普遍重视强度设计而忽视耐久性设计。实践反复证明,桥梁结构由于耐久性失效所产生的维护、修复费用大大高于建造时的一次性投入。桥梁耐久性问题虽然不仅是设计原因引起的,施工、选材也是重要影响因素,但设计是桥梁结构功能最基本的保障,因此在桥梁设计中应将桥梁结构物的高耐久性作为重要的设计原则,统一考虑合理的结构布局和构造细节,应使设计出的结构易于检查、维修。本文主要由桥梁寿命的重要性，引申出桥梁构件的耐久对桥梁寿命的影响，以及怎样在设计中提高桥梁构件的耐久性。 1 桥梁设计的总原则
桥梁设计几乎涵盖了所有的桥梁类型,桥梁结构自身的安全性需靠可靠的结构计算分析成果和合理的构造处理措施来保证。除了要考虑恒载、活载、地震荷载、施工荷载及其它荷载等,还应注重考虑强风荷载、雪荷载、冻胀力、水力等对桥梁产生的影响。对于一些受地形条件限制较严格的路段,桥梁布设会出现高墩大跨结构,因此下部结构的刚度分配、稳定性分析等都是桥梁设计时不可缺少的考虑内容。
对于无法采用标准跨径结构的桥梁以及互通式立交中弯曲半径较小的匝道桥梁则常采用钢筋混凝土现浇结构及预应力混凝土现浇结构桥梁。另外,所选桥型的造价是否合理是一个非常现实的问题,所以桥梁设计不但要考虑其技术的可行性,更重要的是要考虑所选桥型的经济指标是否达到了最佳范围。因此桥梁应根据工程所处的地理环境和施工条件进行多方案的技术经济指标论证,以期获得最佳方案,从而节约工程费用,取得良好的经济指标。同时,桥梁建设更应该在注重环保的基础上与周围自然景观环境相协调,尽量减少对植被的破坏,降低对河流的污染。
同时，桥梁还是是铁路、公路或城市道路的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重要意义。因此，公路桥梁应根据所在公路的作用、性质和将来发展的需要，除应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求外，还应按照美观和有利环保的原则进行设计，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。
1．安全可靠 (1)所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备。 (2)防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车流之间应设防护栏，防止车辆撞人人行道或撞坏栏杆而落到桥下。 (3)对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸。 (4)对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。 (5)对修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于大跨柔性桥梁，尚应考虑风振效应。 2．适用耐久 (1)桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量(包括行人通道)。 (2)桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝。 (3)桥跨结构的下方要有利于泄洪、通航(跨河桥)或车辆(立交桥)和行人的通行(早桥)。 (4)桥梁的两端要便于车辆的进入和疏散，而不致产生交通堵塞现象等。 (5)考虑综合利用，方便各种管线(水、电气、通信等)的搭载。 3．经济合理 (1)桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。 (2)经济的桥型应该是造价和养护费用综合最省的桥型。设计中应充分考虑维修的方便 第12页 和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或使中断交通的时间最短。 (3)所选择的桥位应是地质、水文条件好，并使桥梁长度较短。 (4)桥梁应考虑建在能缩短河道两岸运距的位置，以促进该地区的经济发展，产生最大的效益。对于过桥收费的桥梁就能吸引更多的车辆通过，达到尽快回收投资的目的。 4．技术先进 在因地制宜的前提下，桥梁设计应尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺。在注意认真学习国内外的先进技术、充分利用最新科学技术成就的同时，努力创新，淘汰和摒弃原来落后和不合理的设计思想。只有这样才能更好地贯彻适用、经济、安全、美观的原则，提高我国的桥梁建设水平，赶上和超过世界先进水平。 5．美观 一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。结构布置必须简练，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有很大影响。 6．环境保护和可持续发展 桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。
总之,桥梁设计的总原则可以归结为:结构安全,使用舒适,经济性好,施工养护容易,造型优美与自然相协调。
2 桥梁及其构件的设计使用寿命
在英国的建筑物耐久性标准[1]中,按照工程参与各方的不同关注,提出了使用寿命应分为要求使用寿命、预期使用寿命和设计使用寿命三类.虽然欧洲国家的不少技术文献[2-4]都采用这一界定,但长久以来,国内工程界一直习惯地将设计使用寿命等同于要求使用寿命即业主或使用者对桥梁及结构使用寿命的目标要求.桥梁结构是由多个构件组成的结构系统,各构件因功能和材料的不同在使用寿命及维护管理要求上有很大的差异,因此单用一个桥梁整体设计使用寿命约束所有构件是不合理的.设计者需要对桥梁各构件的设计使用寿命进行优化以平衡初始建造成本和使用期的维修及社会成本,从而达到寿命周期经济性最优的目的.据此,桥梁及桥梁构件的设计使用寿命可以定义为,设计人员用以作为桥梁及桥梁构件耐久性设计的依据并具有足够安全裕度或保证率的目标使用年限.
3 国内外桥梁结构及构件的实际工作寿命及设计使用寿命建议值
1998年10月,《Concrete International》杂志发表了美国从1950~1994年修建的各类跨度大于6 m的327 829座桥梁的结构缺陷率和使用寿命期望值的统计数据[5],指出:美国公路桥梁中,钢筋混凝土桥的期望寿命基本在70~80年之间,其平均值为75年;预应力混凝土桥的期望寿命在65~100年;美国公路钢桥的使用寿命期望值约为65年.日本学者Yoshito Itoh等[6]
指出,日本传统的桥梁结构整体使用寿命为60年,普通钢筋混凝土桥面板在低污染大气环境作用下的山区为60年,在沿海及城市地区为40年,钢支座的使用寿命为30年,伸缩缝的使用寿命为10~20年,普通沥青混凝土桥面铺装使用寿命为10年.文献[7]中对荷兰桥梁库中79座已到寿命期的混凝土桥梁进行了研究,得出,虽然设计使用寿命多为80~100年,荷兰桥梁的使用寿命期望值仅为41年,方差系数为0.3.这些桥梁废弃的主要原因并不是技术性的失效,而是功能更换或是经济性的要求,比如因不在预期之内的重型交通量增长导致的承载力不足.这种情况很容易导致对桥梁使用寿命的低估;同时,也说明定义过高的设计使用寿命往往是没有必要,也是不经济的.
1998年底,我国共有公路桥梁21万余座,其中危桥4 105座.2000年底,我国共有公路桥梁27万余座,危桥9 597座,占桥梁总数的3.44%.到2007年底,全国共有桥梁57万余座,其中危桥为98 623座,占总数的17.3%.这些桥梁的实际使用年限远远达不到设计使用年限(50年或100年)[8-9].
此外,对于桥梁的设计使用寿命,英国在《钢桥、混凝土桥及结合桥实施规范》(BS5400)中提出的使用寿命目标要求桥梁具有接受概率的不经维修而安全运营的最低期限为120年
[5].美国国家公路与运输协会LRFD钢结构规范(AASHTO)[10]主要基于疲劳考虑,规定公路钢桥的设计使用寿命为75年.对于桥梁设计使用寿命,我国仅在《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[11]中规定大型桥梁、高速和一级公路上的桥涵、城市干线上的大型桥梁和大型立交桥的设计使用年限应不小于100年,二级和二级以下公路以及城市一般道路上的桥涵的设计使用年限应不小于50年.
4 桥梁构件设计使用寿命的确定方法
4.1 桥梁构件设计使用寿命的计算方法
本文讨论桥梁的设计使用寿命将基于技术使用寿命层面,以在正常使用情况下不需要经过大修、加固或更新的承载能力极限状态作为设计寿命终止的条件.提出了桥梁结构构件设计使用寿命的两种建议计算方法,即直接法和简化法.确定桥梁构件设计使用寿命的计算方法如图1所示,虚线表示直接法计算流程,实线表示简化法计算流程[12].在有条件有必要的情况下,应首选直接法对比选的桥梁或桥梁构件寿命方案的寿命周期成本进行计算,选择经济性最好的方案;其次也可以采用简化法进行粗略估计.对于表2中未涉及的桥梁构件,则须对其寿命方案的寿命周期成本进行计算,选择经济性最好者。
此外,桥梁结构各构件的设计使用寿命不是彼此独立的,具有一定的耦合性.维修、更换作业往往都需要封闭车道或限制车速,造成较大的社会成本;原材料购置、运输、施工机械租赁等也因数量增加而产生规模效应;多个作业同时进行和单个作业分别进行所耗费的时间和金钱(社会成本和业主成本)往往不和作业数量成正比关系.对于直接法来说,为桥梁或桥梁构件制定寿命方案时,宜按照维修、更换工艺统一筹划,为耦合关系强的构件群(如桥面系)设计联合寿命方案.简化法中宜将耦合关系强的构件寿命进行统一,相近的合并,长寿命构件的寿命取为短寿命构件的倍数.此外,简化法计算结果可能是不以年为单位的整数,为设计施工方便起见宜取为整数,且宜将可更换构件的寿命规划为桥梁整体寿命的约数.
4.2 桥梁构件的划分和耐久性设置
桥梁构件的划分国际上通常采用按结构体系划分和按构件特点划分两种方法.按结构体系划分是我国较为传统的做法,即先按桥梁类型划分为梁桥、拱桥、缆索承重桥和附属设施,再具体列出各自包含的构件;这是因为我国现有桥梁大多是混凝土桥梁,而混凝土结构构件具有形状不定的特点,难以从构件角度进行划分.按构件特点划分则是美国AASHTO规范[10]中采用的方法.
参考文献[13]从不同构件在设计时应考虑的维护、更换等设计目标及原则,将一般桥梁构件按耐久性特征归结为以下几种类型:①Ⅰ类构件.不可维护、终生性构件(如桩基础);无法养护且需维持至设计寿命周期结束的构件.②Ⅱ类构件.可维护、终生性构件;需要管养否则无法维持至设计寿命周期结束的构件.③Ⅲ类构件.可维护,非终生性构件;需要简单维护、周期性更换的重要受力或传力构件.④Ⅳ类构件.可维护,非终生性构件;需要周期性更换的次要受力或传力构件.
以目前的设计、施工现状以及材料的生产工艺和水平,结合构件更换、维护和加固的经济性,加之考虑到桥梁结构和各种构件的实际使用情况,可将国内常见桥梁体系主要构件的分类及耐久性类别进行归纳,见表
1.
4.3 桥梁结构及构件设计使用寿命的简化法建议公式
在相关数据积累和分析的基础上,参考欧洲、美国及日本相关机构在此领域的结论及分析成果,基于寿命周期成本分析法的相关原理,给出适用于我国实际情况的桥梁结构及构件的设计使用寿命建议公式如下
:
式中:L为桥梁结构或构件的设计使用寿命建议值;C为修正系数
,
C1,C2,„,Cn为对桥梁结构及构件的使用寿命有影响的n个影响系数,其中:C1为气候影响系数,C2为桥位小环境系数,C3为养护系数,C4为重要性系数,C5为更换难易系数;L0为基础设计使用寿命建议值(即C取1.0时的构件设计使用寿命建议值),具体取值见表2.
5 耐久性的影响因素
5.1 环境因素
2002年出版的新混凝土规范增加了有关耐久性的规定,混凝土结构所处的环境类别的划分如表1所示,环境等级越高,说明结构所处的环境越恶劣,对结构的耐久性越不利。混凝土在大气中的碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土的开裂和结构的破坏。混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/10,早期水化热的影响使得混凝土干缩反应剧烈,再加上环境湿度、温度、日晒、雨淋及冲击荷载的影响,混凝土结构更容易开裂。开裂后,由于水分子、氯离子的侵入,钢筋面层发生钝化,从而使钢筋腐蚀,钢筋锈蚀产生铁锈的体积又远大于钢筋的原体积，进而引起钢筋表面与混凝土的化学粘结力遭到破坏,最终导致混凝土构件强度和刚度逐渐削弱,结构的耐久性不断降低。
我国西部地区，因工业污染形成的“酸雨”普遍存在，为桥梁中钢筋的锈蚀提供了合适的外部环境。在东部沿海地区，海洋中的氯离子以海水、海雾的形式渗入混凝土中，影响混凝土结构的使用性能和寿命。在严寒地区，冬季为保证公路交通畅通，向道路、桥梁及城市立交、高架桥等结构撒盐和盐水，以化雪和防冰，这些自然和人为因素，使氯离子侵入混凝
土内部，破坏钢筋表面。
5.2 设计理论的不完善
工程设计中普遍重视强度设计,轻视乃至忽视结构耐久性设计;重视结构承载力极限状态的分析,轻视正常使用状态的分析;重视结构的建造,轻视结构的检测和维护。这种设计观念上的不完整,直接导致了设计规范中关于耐久性设计的欠缺,虽然也有部分条文提到耐久性设计方面的考虑,但也只是形式上的补充，没有贯彻执行的决心。许多设计人员目前尚不能从结构体系、构造、材料、维护等方面以及从设计、施工到运行全过程加强和保证结构的耐久性和安全性。设计出的桥梁结构有些存在结构整体性和延性不足,冗余性小;有些则是计算图示不明确,造成局部受力过大;有些混凝土强度过低,保护层厚度过小,钢筋直径过细等,这些都会削弱桥梁结构的耐久性。
因此，桥梁设计时要从结构、材料等角度采取措施，充分考虑不同的环境和使用条件及不同的设计对象对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。
5.3 施工因素
众所周知,施工过程因素多变,如果控制不好,结构的质量必然会受到影响。桥梁结构的耐久性也会受施工因素的影响。如混凝土浇筑中控制措施不当,导致漏筋;拆模方法不当或拆模过早,引起早期裂缝;混凝土配合比计量不准,变异性较大等。施工过程控制的好坏决定着设计意图能否得以实现,即使耐久性设计十分完美,如果不能在施工中得以贯彻,结构的耐久性仍然难以保障。因此,施工因素也是影响结构耐久性的重要因素。
5.4 管理因素
运营中桥梁超载也是目前普遍存在的现象。产生的主要原因是车辆载重的加大和交通量的增加以及管理的不严。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，同时由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而危害桥梁的安全性和耐久性。在车辆超载作用下，由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂使荷载降低、刚度下降；超载引发桥梁构件的疲劳损伤在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的结构产生裂缝，或者原较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝，或者产生较大的变形。甚至出现一些因超载引发的结构事故。
6 设计中如何提高桥梁结构的耐久性
2004年新颁布的桥梁规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中明确规定了结构混凝土在最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大含碱量等方面的要求,这是对于桥梁结构耐久性最基本的要求。笔者认为耐久性设计应针对设计年限、结构所处的环境类别、荷载工况及不同的极限状态进行设计。
6.1 加大混凝土保护层的厚度
保护层是钢筋与混凝土之间粘结力的保障,同时,对钢筋也能起到保护作用,防止有害介
质侵入到混凝土内部腐蚀钢筋。有关研究表明,氯离子扩散至钢筋表面的时间与保护层厚度的平方成正比,而在碳化现象中,二氧化碳的扩散速度也与保护层厚度密切相关。一般来讲,保护层越厚,钢筋表面免于侵蚀的时间就越长,钢筋锈蚀的速度也就越慢,结构就越耐久。由此可见,加大混凝土保护层的厚度有助于提高混凝土结构的耐久性。
6.2 选材方面的考虑
优选高性能的钢材,如高屈服、高强度、高水平钢材的断裂韧性、焊接性能好,耐腐蚀等。使用环氧涂层钢绞线和钢筋,防止钢绞线和钢筋腐蚀。优选高性能的混凝土,在桥面铺装中使用环氧沥青混凝土,可以增加强度、耐磨性及密实度,从而使桥面有更好的耐久性。对于水中下部的桥墩,建议使用抗渗性能好的混凝土,如采用普通硅酸盐水泥,标号不应低于42.5,水泥含量不应小于370 kg/m3,水灰比不大于0.45。混凝土配合比设计中,严格控制混凝土的有害裂缝。如选择含碱量低的水泥,不使用碱活性的集料,避免将含氧化镁或硫酸盐的膨胀集料或生石灰碎块混入集料中等。混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大,一般情况下,钢筋混凝土中氯盐掺量应少于水泥重量的1%,掺氯盐的混凝土必须振捣密实,且不宜采用蒸汽养护。
6.3 结构或构件选型方面的考虑
尽量选用箱形断面,提高结构的整体刚度,减轻桥梁的疲劳振动。尽量采用全预应力结构,对主桥纵、横向均施加预应力,保证截面在使用阶段不出现拉应力,防止结构出现裂缝。构件断面设计中,配置的钢筋间距应适当,方便振捣,使混凝土粗细骨料分布均匀,保证混凝土的密度和强度。混凝土外露面的边缘、棱角和沟槽均应呈圆弧形
6.4 加强简支梁端封头混凝土及铰缝施工质量控制,避免梁头和铰缝渗水
在以往旧桥检测和加固施工中发现在空心板封头处,由于混凝土开裂,厚度过薄等原因,水从伸缩缝等部位沿着封头的微小裂缝逐渐进入空心板内部,并很难排出来,长期侵蚀梁体混凝土和钢筋。因此应注重封头混凝土施工质量,确保混凝土密实。在铰缝处,由于连接比较薄弱,加上施工质量较差,许多桥梁在使用早期就出现铰缝开裂,桥面铺装层沿铰缝纵向开裂,桥面防水层开裂,铰缝处严重渗水,板的翼缘混凝土碳化最为严重,部分钢筋开始锈蚀。因此,从设计上要采取措施,加强铰缝连接,避免单板受力,从而保证桥面防水层整体性不被破坏。
6.5 注重防水层的设计
桥梁结构应布置一定的抗渗、抗剪、抗拉的防水层,防水涂层与沥青混凝土铺装层之间应具有良好的相融性,二者之间的粘结力不应低于沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板之间的粘结力。另外,在桥面铺装层的顶面,特别是连续梁的负弯矩段,应设置防水层。为避免水分从伸缩缝处渗入梁内,应加强伸缩缝处的排水设计,注意排水管的设计,特别是水管周边的构造细节处。
6.6 加强桥梁耐久性研究
桥梁结构耐久性的研究，主要包括结构在使用过程中使用性能受到弱化的原因和其发生的机理、规律分析，寻求新的结构设计理念和方法。除从材料和统计分析的角度进行外，如何从结构和设计的角度是设计和施工人员易于操作，改善桥梁耐久性，努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析发展。立足国内现状，吸收国外成果。
6.7 建立耐久性设计思想
桥梁的线性不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形，使桥梁结构的耐久性变差，这些问题的产生固然与施工质量较低有关，作为工程设计人员应建立耐久性设计思想，充分考虑到现阶段的施工、管理水平和材料工艺水平，采用适当的设计方法来保证桥梁使用性能，特别是要注意结构体系和材料选择的合理性及结构细节处理与目前施工工艺水平和质量管理水平的协调性。设计者不能只偏重于结构计算方法的研究，而忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。大量的病害实例证明，出了施工和材料方面的原因外，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上的缺陷。因此，应将提高结构的耐久性作为重要的设计原则，统一考
虑合理的结构布局和构造细节，必要时对细部做特殊处理，强调使结构易于检查、维护。
6.8 提高管理水平和施工质量
在施工时，要做到工艺先进可行、工序严格控制。对于桥梁段新旧混凝土结合面的凿毛、模板接缝、混凝土级配进行严格检查；对锚具下齿板处混凝土加强振捣；对预应力张拉设备实现要标定、操作要准确，使预应力张拉、结构细部强度等满足设计要求。坚决杜绝施工工艺不当、混凝土配合比、振捣、预应力施加不合理、缺乏养护等问题的发生。
6.9 加强运营管理和维护
充分考虑超载对桥梁结构耐久性的影响，加强对车辆超载的管理；定期对桥梁进行建检查，对桥面混凝土开裂较为严重、泄水管周围侵水现象应引起桥梁养护者高度重视。重视对服役期桥梁结构评估，及时进行必要的维修和加固。
7 健康的桥梁
伴随30年的改革开放，中国钢铁工业和制造技术缩小了与国际先进技术的差距，也为桥梁钢结构向大跨、轻型和耐久的方向发展提供了平台。以屈服点350～460 MPa低合金钢及厚板的综合应用，先进焊接材料、工艺和制造技术的广泛引入，焊接正交异性桥面板被采纳为特点的现代桥梁钢结构有了长足进步，同时也应该看到设计在结构形式、材料、细节和工艺对结构带来损伤认识的不足，桥梁钢结构的安全耐久功能为目标的结构完整性也面临着时间的考验。几年来实施和服役过程中的桥梁钢结构发生损伤且影响正常使用功能的实例应引起足够的重视。现代钢结构桥梁的损伤多与焊接相关，为减缓其影响应把受力行为合理的结构形式选择置于首位，同时优化材质组合，正确选择焊接接头和焊缝，按结构传力需要构造细节、以可实施工艺要求布置焊缝。设计中当用“仿生”“通透”“一桥一景”“标志性”来生造怪异细节异化桥梁结构时，应警惕因结构体系欠合理、细节和工艺被忽视对结构完整性的影响，对桥梁结构健康生存的威胁。
一座安全、耐久、健康的桥梁充分体现了设计者的智慧和审美观，值得世人回味，经历时间的考验。引用德国结构大师Jorg Schlaich所言：“艺术和技术是不能相互排斥的，我觉得很难想象一个有结构缺陷的建筑在艺术上是美的„„”。当前若面对造型怪异、构造奇特、工艺失常的桥梁结构，工程师对其安全和耐久失去判断力时，重温一下美国哲学家、美学家Dweif Henry Parker的话会使人茅塞顿开，“形式虽然本身就很美，也应该揭示功能，装饰不管多么具有魅力，都应该是适度和次要的”。
8 结语
随着对桥梁结构构件耐久性、经济性的进一步研究,通过对桥梁结构及构件制定合理的设计使用寿命从而保证桥梁结构寿命期内的经济性也日益得到认可.
桥梁结构的安全运行依赖于耐久性设计是否完备,依赖于后期检测和维护是否得当。作为桥梁耐久性保障的第一步,桥梁结构设计必须重视耐久性设计问题,从选材、选型等多个层面全面加强混凝土桥梁结构的耐久性。实践证明,桥梁耐久性问题还没有得到充分重视,规范中关于耐久性设计的规定还不够完善,需要设计人员结合工程经验,发挥主观能动性,将耐久性设计的理念深入到桥梁结构设计的细节之中,切实提供桥梁的耐久性
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论桥梁构件的设计使用寿命及耐久的重要性
摘要:通过定义桥梁及桥梁构件的设计使用寿命,对桥梁构件进行按结构体系划分和耐久性设置研究.调查了国内外桥梁结构及构件的实际工作寿命和规范指南中的设计使用寿命建议值,提出了基于寿命周期成本分析法的确定桥梁结构构件设计使用寿命的直接方法和简化方法.直接法首先为构件制定寿命方案,通过计算各寿命方案的寿命周期成本,选择经济性最优的方案;在简化法中给出了设计使用寿命简化计算公式,对影响系数进行了划分及取值讨论,并给出了基于专家调查的构件基础设计使用寿命建议值.最后,针对桥梁设计中耐久性的重要性,分析了耐久性的影响因素,提出了设计中提高桥梁结构耐久性的措施,以将耐久性设计的理念深入到桥梁结构设计的细节之中。
关键词:桥梁工程;桥梁耐久性;桥梁构件设计使用寿命; 混凝土
在各国现行桥梁结构设计和施工规范中,涉及耐久性及设计使用寿命的内容很少;在中国的桥梁建设实践中,桥梁及构件设计使用寿命的制定往往为业主单位的单方面要求,缺乏相应的设计理论支持.对于桥梁结构,不同组成构件在使用过程中有不同的退化模式,在维护管理及更换方面有明显的差异,因此对不同桥梁构件分别制定合理的设计使用寿命应当是桥梁耐久性设计的第一步,对降低桥梁寿命周期成本有着重大意义.本文采用了如下方法:首先明确桥梁及桥梁构件设计使用寿命的概念,调查国内外桥梁结构构件实际使用寿命和结构设计寿命建议值,进行桥梁构件划分和耐久性分类,研究桥梁构件的耐久在影响桥梁寿命中的作用。由于混凝土桥梁是最主要的一种桥梁结构,在我国的公路、市政建设中得到了广泛的应用。桥梁通常处于恶劣的环境中,在运行中除了要承受车辆、风、地震等荷载作用以外,还要受到外部环境、有害物质的侵蚀,混凝土材料会不断退化,导致桥梁结构各部位出现不同程度的损伤。实际桥梁结构设计中普遍重视强度设计而忽视耐久性设计。实践反复证明,桥梁结构由于耐久性失效所产生的维护、修复费用大大高于建造时的一次性投入。桥梁耐久性问题虽然不仅是设计原因引起的,施工、选材也是重要影响因素,但设计是桥梁结构功能最基本的保障,因此在桥梁设计中应将桥梁结构物的高耐久性作为重要的设计原则,统一考虑合理的结构布局和构造细节,应使设计出的结构易于检查、维修。本文主要由桥梁寿命的重要性，引申出桥梁构件的耐久对桥梁寿命的影响，以及怎样在设计中提高桥梁构件的耐久性。 1 桥梁设计的总原则
桥梁设计几乎涵盖了所有的桥梁类型,桥梁结构自身的安全性需靠可靠的结构计算分析成果和合理的构造处理措施来保证。除了要考虑恒载、活载、地震荷载、施工荷载及其它荷载等,还应注重考虑强风荷载、雪荷载、冻胀力、水力等对桥梁产生的影响。对于一些受地形条件限制较严格的路段,桥梁布设会出现高墩大跨结构,因此下部结构的刚度分配、稳定性分析等都是桥梁设计时不可缺少的考虑内容。
对于无法采用标准跨径结构的桥梁以及互通式立交中弯曲半径较小的匝道桥梁则常采用钢筋混凝土现浇结构及预应力混凝土现浇结构桥梁。另外,所选桥型的造价是否合理是一个非常现实的问题,所以桥梁设计不但要考虑其技术的可行性,更重要的是要考虑所选桥型的经济指标是否达到了最佳范围。因此桥梁应根据工程所处的地理环境和施工条件进行多方案的技术经济指标论证,以期获得最佳方案,从而节约工程费用,取得良好的经济指标。同时,桥梁建设更应该在注重环保的基础上与周围自然景观环境相协调,尽量减少对植被的破坏,降低对河流的污染。
同时，桥梁还是是铁路、公路或城市道路的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重要意义。因此，公路桥梁应根据所在公路的作用、性质和将来发展的需要，除应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求外，还应按照美观和有利环保的原则进行设计，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。
1．安全可靠 (1)所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备。 (2)防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车流之间应设防护栏，防止车辆撞人人行道或撞坏栏杆而落到桥下。 (3)对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸。 (4)对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。 (5)对修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于大跨柔性桥梁，尚应考虑风振效应。 2．适用耐久 (1)桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量(包括行人通道)。 (2)桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝。 (3)桥跨结构的下方要有利于泄洪、通航(跨河桥)或车辆(立交桥)和行人的通行(早桥)。 (4)桥梁的两端要便于车辆的进入和疏散，而不致产生交通堵塞现象等。 (5)考虑综合利用，方便各种管线(水、电气、通信等)的搭载。 3．经济合理 (1)桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。 (2)经济的桥型应该是造价和养护费用综合最省的桥型。设计中应充分考虑维修的方便 第12页 和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或使中断交通的时间最短。 (3)所选择的桥位应是地质、水文条件好，并使桥梁长度较短。 (4)桥梁应考虑建在能缩短河道两岸运距的位置，以促进该地区的经济发展，产生最大的效益。对于过桥收费的桥梁就能吸引更多的车辆通过，达到尽快回收投资的目的。 4．技术先进 在因地制宜的前提下，桥梁设计应尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺。在注意认真学习国内外的先进技术、充分利用最新科学技术成就的同时，努力创新，淘汰和摒弃原来落后和不合理的设计思想。只有这样才能更好地贯彻适用、经济、安全、美观的原则，提高我国的桥梁建设水平，赶上和超过世界先进水平。 5．美观 一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。结构布置必须简练，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有很大影响。 6．环境保护和可持续发展 桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。
总之,桥梁设计的总原则可以归结为:结构安全,使用舒适,经济性好,施工养护容易,造型优美与自然相协调。
2 桥梁及其构件的设计使用寿命
在英国的建筑物耐久性标准[1]中,按照工程参与各方的不同关注,提出了使用寿命应分为要求使用寿命、预期使用寿命和设计使用寿命三类.虽然欧洲国家的不少技术文献[2-4]都采用这一界定,但长久以来,国内工程界一直习惯地将设计使用寿命等同于要求使用寿命即业主或使用者对桥梁及结构使用寿命的目标要求.桥梁结构是由多个构件组成的结构系统,各构件因功能和材料的不同在使用寿命及维护管理要求上有很大的差异,因此单用一个桥梁整体设计使用寿命约束所有构件是不合理的.设计者需要对桥梁各构件的设计使用寿命进行优化以平衡初始建造成本和使用期的维修及社会成本,从而达到寿命周期经济性最优的目的.据此,桥梁及桥梁构件的设计使用寿命可以定义为,设计人员用以作为桥梁及桥梁构件耐久性设计的依据并具有足够安全裕度或保证率的目标使用年限.
3 国内外桥梁结构及构件的实际工作寿命及设计使用寿命建议值
1998年10月,《Concrete International》杂志发表了美国从1950~1994年修建的各类跨度大于6 m的327 829座桥梁的结构缺陷率和使用寿命期望值的统计数据[5],指出:美国公路桥梁中,钢筋混凝土桥的期望寿命基本在70~80年之间,其平均值为75年;预应力混凝土桥的期望寿命在65~100年;美国公路钢桥的使用寿命期望值约为65年.日本学者Yoshito Itoh等[6]
指出,日本传统的桥梁结构整体使用寿命为60年,普通钢筋混凝土桥面板在低污染大气环境作用下的山区为60年,在沿海及城市地区为40年,钢支座的使用寿命为30年,伸缩缝的使用寿命为10~20年,普通沥青混凝土桥面铺装使用寿命为10年.文献[7]中对荷兰桥梁库中79座已到寿命期的混凝土桥梁进行了研究,得出,虽然设计使用寿命多为80~100年,荷兰桥梁的使用寿命期望值仅为41年,方差系数为0.3.这些桥梁废弃的主要原因并不是技术性的失效,而是功能更换或是经济性的要求,比如因不在预期之内的重型交通量增长导致的承载力不足.这种情况很容易导致对桥梁使用寿命的低估;同时,也说明定义过高的设计使用寿命往往是没有必要,也是不经济的.
1998年底,我国共有公路桥梁21万余座,其中危桥4 105座.2000年底,我国共有公路桥梁27万余座,危桥9 597座,占桥梁总数的3.44%.到2007年底,全国共有桥梁57万余座,其中危桥为98 623座,占总数的17.3%.这些桥梁的实际使用年限远远达不到设计使用年限(50年或100年)[8-9].
此外,对于桥梁的设计使用寿命,英国在《钢桥、混凝土桥及结合桥实施规范》(BS5400)中提出的使用寿命目标要求桥梁具有接受概率的不经维修而安全运营的最低期限为120年
[5].美国国家公路与运输协会LRFD钢结构规范(AASHTO)[10]主要基于疲劳考虑,规定公路钢桥的设计使用寿命为75年.对于桥梁设计使用寿命,我国仅在《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[11]中规定大型桥梁、高速和一级公路上的桥涵、城市干线上的大型桥梁和大型立交桥的设计使用年限应不小于100年,二级和二级以下公路以及城市一般道路上的桥涵的设计使用年限应不小于50年.
4 桥梁构件设计使用寿命的确定方法
4.1 桥梁构件设计使用寿命的计算方法
本文讨论桥梁的设计使用寿命将基于技术使用寿命层面,以在正常使用情况下不需要经过大修、加固或更新的承载能力极限状态作为设计寿命终止的条件.提出了桥梁结构构件设计使用寿命的两种建议计算方法,即直接法和简化法.确定桥梁构件设计使用寿命的计算方法如图1所示,虚线表示直接法计算流程,实线表示简化法计算流程[12].在有条件有必要的情况下,应首选直接法对比选的桥梁或桥梁构件寿命方案的寿命周期成本进行计算,选择经济性最好的方案;其次也可以采用简化法进行粗略估计.对于表2中未涉及的桥梁构件,则须对其寿命方案的寿命周期成本进行计算,选择经济性最好者。
此外,桥梁结构各构件的设计使用寿命不是彼此独立的,具有一定的耦合性.维修、更换作业往往都需要封闭车道或限制车速,造成较大的社会成本;原材料购置、运输、施工机械租赁等也因数量增加而产生规模效应;多个作业同时进行和单个作业分别进行所耗费的时间和金钱(社会成本和业主成本)往往不和作业数量成正比关系.对于直接法来说,为桥梁或桥梁构件制定寿命方案时,宜按照维修、更换工艺统一筹划,为耦合关系强的构件群(如桥面系)设计联合寿命方案.简化法中宜将耦合关系强的构件寿命进行统一,相近的合并,长寿命构件的寿命取为短寿命构件的倍数.此外,简化法计算结果可能是不以年为单位的整数,为设计施工方便起见宜取为整数,且宜将可更换构件的寿命规划为桥梁整体寿命的约数.
4.2 桥梁构件的划分和耐久性设置
桥梁构件的划分国际上通常采用按结构体系划分和按构件特点划分两种方法.按结构体系划分是我国较为传统的做法,即先按桥梁类型划分为梁桥、拱桥、缆索承重桥和附属设施,再具体列出各自包含的构件;这是因为我国现有桥梁大多是混凝土桥梁,而混凝土结构构件具有形状不定的特点,难以从构件角度进行划分.按构件特点划分则是美国AASHTO规范[10]中采用的方法.
参考文献[13]从不同构件在设计时应考虑的维护、更换等设计目标及原则,将一般桥梁构件按耐久性特征归结为以下几种类型:①Ⅰ类构件.不可维护、终生性构件(如桩基础);无法养护且需维持至设计寿命周期结束的构件.②Ⅱ类构件.可维护、终生性构件;需要管养否则无法维持至设计寿命周期结束的构件.③Ⅲ类构件.可维护,非终生性构件;需要简单维护、周期性更换的重要受力或传力构件.④Ⅳ类构件.可维护,非终生性构件;需要周期性更换的次要受力或传力构件.
以目前的设计、施工现状以及材料的生产工艺和水平,结合构件更换、维护和加固的经济性,加之考虑到桥梁结构和各种构件的实际使用情况,可将国内常见桥梁体系主要构件的分类及耐久性类别进行归纳,见表
1.
4.3 桥梁结构及构件设计使用寿命的简化法建议公式
在相关数据积累和分析的基础上,参考欧洲、美国及日本相关机构在此领域的结论及分析成果,基于寿命周期成本分析法的相关原理,给出适用于我国实际情况的桥梁结构及构件的设计使用寿命建议公式如下
:
式中:L为桥梁结构或构件的设计使用寿命建议值;C为修正系数
,
C1,C2,„,Cn为对桥梁结构及构件的使用寿命有影响的n个影响系数,其中:C1为气候影响系数,C2为桥位小环境系数,C3为养护系数,C4为重要性系数,C5为更换难易系数;L0为基础设计使用寿命建议值(即C取1.0时的构件设计使用寿命建议值),具体取值见表2.
5 耐久性的影响因素
5.1 环境因素
2002年出版的新混凝土规范增加了有关耐久性的规定,混凝土结构所处的环境类别的划分如表1所示,环境等级越高,说明结构所处的环境越恶劣,对结构的耐久性越不利。混凝土在大气中的碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土的开裂和结构的破坏。混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/10,早期水化热的影响使得混凝土干缩反应剧烈,再加上环境湿度、温度、日晒、雨淋及冲击荷载的影响,混凝土结构更容易开裂。开裂后,由于水分子、氯离子的侵入,钢筋面层发生钝化,从而使钢筋腐蚀,钢筋锈蚀产生铁锈的体积又远大于钢筋的原体积，进而引起钢筋表面与混凝土的化学粘结力遭到破坏,最终导致混凝土构件强度和刚度逐渐削弱,结构的耐久性不断降低。
我国西部地区，因工业污染形成的“酸雨”普遍存在，为桥梁中钢筋的锈蚀提供了合适的外部环境。在东部沿海地区，海洋中的氯离子以海水、海雾的形式渗入混凝土中，影响混凝土结构的使用性能和寿命。在严寒地区，冬季为保证公路交通畅通，向道路、桥梁及城市立交、高架桥等结构撒盐和盐水，以化雪和防冰，这些自然和人为因素，使氯离子侵入混凝
土内部，破坏钢筋表面。
5.2 设计理论的不完善
工程设计中普遍重视强度设计,轻视乃至忽视结构耐久性设计;重视结构承载力极限状态的分析,轻视正常使用状态的分析;重视结构的建造,轻视结构的检测和维护。这种设计观念上的不完整,直接导致了设计规范中关于耐久性设计的欠缺,虽然也有部分条文提到耐久性设计方面的考虑,但也只是形式上的补充，没有贯彻执行的决心。许多设计人员目前尚不能从结构体系、构造、材料、维护等方面以及从设计、施工到运行全过程加强和保证结构的耐久性和安全性。设计出的桥梁结构有些存在结构整体性和延性不足,冗余性小;有些则是计算图示不明确,造成局部受力过大;有些混凝土强度过低,保护层厚度过小,钢筋直径过细等,这些都会削弱桥梁结构的耐久性。
因此，桥梁设计时要从结构、材料等角度采取措施，充分考虑不同的环境和使用条件及不同的设计对象对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。
5.3 施工因素
众所周知,施工过程因素多变,如果控制不好,结构的质量必然会受到影响。桥梁结构的耐久性也会受施工因素的影响。如混凝土浇筑中控制措施不当,导致漏筋;拆模方法不当或拆模过早,引起早期裂缝;混凝土配合比计量不准,变异性较大等。施工过程控制的好坏决定着设计意图能否得以实现,即使耐久性设计十分完美,如果不能在施工中得以贯彻,结构的耐久性仍然难以保障。因此,施工因素也是影响结构耐久性的重要因素。
5.4 管理因素
运营中桥梁超载也是目前普遍存在的现象。产生的主要原因是车辆载重的加大和交通量的增加以及管理的不严。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，同时由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而危害桥梁的安全性和耐久性。在车辆超载作用下，由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂使荷载降低、刚度下降；超载引发桥梁构件的疲劳损伤在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的结构产生裂缝，或者原较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝，或者产生较大的变形。甚至出现一些因超载引发的结构事故。
6 设计中如何提高桥梁结构的耐久性
2004年新颁布的桥梁规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中明确规定了结构混凝土在最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大含碱量等方面的要求,这是对于桥梁结构耐久性最基本的要求。笔者认为耐久性设计应针对设计年限、结构所处的环境类别、荷载工况及不同的极限状态进行设计。
6.1 加大混凝土保护层的厚度
保护层是钢筋与混凝土之间粘结力的保障,同时,对钢筋也能起到保护作用,防止有害介
质侵入到混凝土内部腐蚀钢筋。有关研究表明,氯离子扩散至钢筋表面的时间与保护层厚度的平方成正比,而在碳化现象中,二氧化碳的扩散速度也与保护层厚度密切相关。一般来讲,保护层越厚,钢筋表面免于侵蚀的时间就越长,钢筋锈蚀的速度也就越慢,结构就越耐久。由此可见,加大混凝土保护层的厚度有助于提高混凝土结构的耐久性。
6.2 选材方面的考虑
优选高性能的钢材,如高屈服、高强度、高水平钢材的断裂韧性、焊接性能好,耐腐蚀等。使用环氧涂层钢绞线和钢筋,防止钢绞线和钢筋腐蚀。优选高性能的混凝土,在桥面铺装中使用环氧沥青混凝土,可以增加强度、耐磨性及密实度,从而使桥面有更好的耐久性。对于水中下部的桥墩,建议使用抗渗性能好的混凝土,如采用普通硅酸盐水泥,标号不应低于42.5,水泥含量不应小于370 kg/m3,水灰比不大于0.45。混凝土配合比设计中,严格控制混凝土的有害裂缝。如选择含碱量低的水泥,不使用碱活性的集料,避免将含氧化镁或硫酸盐的膨胀集料或生石灰碎块混入集料中等。混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大,一般情况下,钢筋混凝土中氯盐掺量应少于水泥重量的1%,掺氯盐的混凝土必须振捣密实,且不宜采用蒸汽养护。
6.3 结构或构件选型方面的考虑
尽量选用箱形断面,提高结构的整体刚度,减轻桥梁的疲劳振动。尽量采用全预应力结构,对主桥纵、横向均施加预应力,保证截面在使用阶段不出现拉应力,防止结构出现裂缝。构件断面设计中,配置的钢筋间距应适当,方便振捣,使混凝土粗细骨料分布均匀,保证混凝土的密度和强度。混凝土外露面的边缘、棱角和沟槽均应呈圆弧形
6.4 加强简支梁端封头混凝土及铰缝施工质量控制,避免梁头和铰缝渗水
在以往旧桥检测和加固施工中发现在空心板封头处,由于混凝土开裂,厚度过薄等原因,水从伸缩缝等部位沿着封头的微小裂缝逐渐进入空心板内部,并很难排出来,长期侵蚀梁体混凝土和钢筋。因此应注重封头混凝土施工质量,确保混凝土密实。在铰缝处,由于连接比较薄弱,加上施工质量较差,许多桥梁在使用早期就出现铰缝开裂,桥面铺装层沿铰缝纵向开裂,桥面防水层开裂,铰缝处严重渗水,板的翼缘混凝土碳化最为严重,部分钢筋开始锈蚀。因此,从设计上要采取措施,加强铰缝连接,避免单板受力,从而保证桥面防水层整体性不被破坏。
6.5 注重防水层的设计
桥梁结构应布置一定的抗渗、抗剪、抗拉的防水层,防水涂层与沥青混凝土铺装层之间应具有良好的相融性,二者之间的粘结力不应低于沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板之间的粘结力。另外,在桥面铺装层的顶面,特别是连续梁的负弯矩段,应设置防水层。为避免水分从伸缩缝处渗入梁内,应加强伸缩缝处的排水设计,注意排水管的设计,特别是水管周边的构造细节处。
6.6 加强桥梁耐久性研究
桥梁结构耐久性的研究，主要包括结构在使用过程中使用性能受到弱化的原因和其发生的机理、规律分析，寻求新的结构设计理念和方法。除从材料和统计分析的角度进行外，如何从结构和设计的角度是设计和施工人员易于操作，改善桥梁耐久性，努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析发展。立足国内现状，吸收国外成果。
6.7 建立耐久性设计思想
桥梁的线性不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形，使桥梁结构的耐久性变差，这些问题的产生固然与施工质量较低有关，作为工程设计人员应建立耐久性设计思想，充分考虑到现阶段的施工、管理水平和材料工艺水平，采用适当的设计方法来保证桥梁使用性能，特别是要注意结构体系和材料选择的合理性及结构细节处理与目前施工工艺水平和质量管理水平的协调性。设计者不能只偏重于结构计算方法的研究，而忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。大量的病害实例证明，出了施工和材料方面的原因外，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上的缺陷。因此，应将提高结构的耐久性作为重要的设计原则，统一考
虑合理的结构布局和构造细节，必要时对细部做特殊处理，强调使结构易于检查、维护。
6.8 提高管理水平和施工质量
在施工时，要做到工艺先进可行、工序严格控制。对于桥梁段新旧混凝土结合面的凿毛、模板接缝、混凝土级配进行严格检查；对锚具下齿板处混凝土加强振捣；对预应力张拉设备实现要标定、操作要准确，使预应力张拉、结构细部强度等满足设计要求。坚决杜绝施工工艺不当、混凝土配合比、振捣、预应力施加不合理、缺乏养护等问题的发生。
6.9 加强运营管理和维护
充分考虑超载对桥梁结构耐久性的影响，加强对车辆超载的管理；定期对桥梁进行建检查，对桥面混凝土开裂较为严重、泄水管周围侵水现象应引起桥梁养护者高度重视。重视对服役期桥梁结构评估，及时进行必要的维修和加固。
7 健康的桥梁
伴随30年的改革开放，中国钢铁工业和制造技术缩小了与国际先进技术的差距，也为桥梁钢结构向大跨、轻型和耐久的方向发展提供了平台。以屈服点350～460 MPa低合金钢及厚板的综合应用，先进焊接材料、工艺和制造技术的广泛引入，焊接正交异性桥面板被采纳为特点的现代桥梁钢结构有了长足进步，同时也应该看到设计在结构形式、材料、细节和工艺对结构带来损伤认识的不足，桥梁钢结构的安全耐久功能为目标的结构完整性也面临着时间的考验。几年来实施和服役过程中的桥梁钢结构发生损伤且影响正常使用功能的实例应引起足够的重视。现代钢结构桥梁的损伤多与焊接相关，为减缓其影响应把受力行为合理的结构形式选择置于首位，同时优化材质组合，正确选择焊接接头和焊缝，按结构传力需要构造细节、以可实施工艺要求布置焊缝。设计中当用“仿生”“通透”“一桥一景”“标志性”来生造怪异细节异化桥梁结构时，应警惕因结构体系欠合理、细节和工艺被忽视对结构完整性的影响，对桥梁结构健康生存的威胁。
一座安全、耐久、健康的桥梁充分体现了设计者的智慧和审美观，值得世人回味，经历时间的考验。引用德国结构大师Jorg Schlaich所言：“艺术和技术是不能相互排斥的，我觉得很难想象一个有结构缺陷的建筑在艺术上是美的„„”。当前若面对造型怪异、构造奇特、工艺失常的桥梁结构，工程师对其安全和耐久失去判断力时，重温一下美国哲学家、美学家Dweif Henry Parker的话会使人茅塞顿开，“形式虽然本身就很美，也应该揭示功能，装饰不管多么具有魅力，都应该是适度和次要的”。
8 结语
随着对桥梁结构构件耐久性、经济性的进一步研究,通过对桥梁结构及构件制定合理的设计使用寿命从而保证桥梁结构寿命期内的经济性也日益得到认可.
桥梁结构的安全运行依赖于耐久性设计是否完备,依赖于后期检测和维护是否得当。作为桥梁耐久性保障的第一步,桥梁结构设计必须重视耐久性设计问题,从选材、选型等多个层面全面加强混凝土桥梁结构的耐久性。实践证明,桥梁耐久性问题还没有得到充分重视,规范中关于耐久性设计的规定还不够完善,需要设计人员结合工程经验,发挥主观能动性,将耐久性设计的理念深入到桥梁结构设计的细节之中,切实提供桥梁的耐久性
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