河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司/李曉洋

引言

鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性對(duì)于建筑工程的整體質(zhì)量水平有著直接性的影響，橋梁建筑是為社會(huì)提供便利出行的關(guān)鍵建筑體系，近幾年隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益完善，橋梁建筑規(guī)模明顯擴(kuò)張，這一過程中提出了更高的建筑設(shè)計(jì)要求，不能只注重橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，更要重視其耐久性，保障鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的全壽命周期。同時(shí)，建筑信息模型軟件也在實(shí)踐中不斷完善，為建筑設(shè)計(jì)、建筑施工與建筑管理等提供有力支持，通過BIM 技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行研究，更全面把握影響耐久性的因素，而制定針對(duì)性防控對(duì)策。

一、BIM技術(shù)及其建模方法

BIM 技術(shù)指的是建筑信息模型技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)語言基礎(chǔ)上對(duì)建筑工程實(shí)體進(jìn)行建模，以信息化、數(shù)字化形式直觀呈現(xiàn)建筑工程的所有屬性信息，并反映建筑工程的工序、施工過程以及各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，為建筑工程的全面分析和梳理提供參考，也方便工程信息的應(yīng)用處理。此外，BIM 技術(shù)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑工程信息的完整儲(chǔ)存，以及與其他施工主體的信息共享。

BIM 技術(shù)的建模過程需要綜合應(yīng)用多種技術(shù)，如計(jì)算機(jī)軟件、建筑工程信息系統(tǒng)等，同時(shí)也會(huì)集成多項(xiàng)技術(shù)功能，包括對(duì)建筑工程的建模，對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)立，對(duì)軟件系統(tǒng)的開發(fā)等，在這些技術(shù)與功能的協(xié)同支持下完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)屬性信息、屬性關(guān)系的轉(zhuǎn)換和控制，為建筑工程管理者和信息使用者提供技術(shù)上的便利，滿足其多種應(yīng)用處理需求，且可以保障建筑工程信息管理的效率性與靈活性。BIM技術(shù)建模方法為先明確所建模目標(biāo)對(duì)象，將建模對(duì)象的幾何信息進(jìn)行測(cè)定收集，并獲取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)屬性參數(shù)，全部存放到建模對(duì)象中，構(gòu)建與建筑實(shí)體相一致的結(jié)構(gòu)模型，然后通過函數(shù)設(shè)定將各個(gè)結(jié)構(gòu)部分完成連接，反映其對(duì)應(yīng)的實(shí)際功能行為，這樣就可以根據(jù)所建模型來分析建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工情況和受力關(guān)系情況，由此還能夠發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題并通過調(diào)整參數(shù)使其達(dá)到建造標(biāo)準(zhǔn)要求，提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑施工中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)類型，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面已經(jīng)有了諸多技術(shù)的支持，而對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)注還相對(duì)較少。對(duì)于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，若忽視其耐久性則會(huì)直接對(duì)結(jié)構(gòu)的使用壽命產(chǎn)生影響，也威脅橋梁結(jié)構(gòu)的安全質(zhì)量。因此，在鋼筋混凝土結(jié)橋梁結(jié)構(gòu)建造過程中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)耐久性的重視，通過對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)價(jià)，從內(nèi)外部因素綜合考慮，評(píng)估測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)是否需要維護(hù)加固，并掌握其耐久性等級(jí)，作為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整結(jié)構(gòu)施工等建造環(huán)節(jié)的依據(jù)，為鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量建造提供保障。

二、鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性影響因素LOD 分層

LOD用于劃分BIM 模型深度，按照工程階段通常將LOD 模型深度等級(jí)劃分為五層，即LOD100、LOD200、LOD300、LOD400、LOD500，不同層次表示不同施工階段的標(biāo)準(zhǔn)信息要求不同，等級(jí)越高則信息越多。耐久性的影響因素分析貫穿于橋梁結(jié)構(gòu)建造的全過程，包括設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)以及后續(xù)維護(hù)等階段，對(duì)于影響因子的判斷則需根據(jù)不同階段的信息要求為依據(jù)，因而對(duì)各個(gè)影響因素的LOD 分層進(jìn)行研究，將研究信息存入相應(yīng)的耐久性模型中，方便結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)測(cè)。

（一）材料層次

影響材料層次的因素較多，如凍融破壞、碳化作用、硫酸鹽侵蝕、水滲透以及體積變形開裂等都是需要分析探究的關(guān)鍵點(diǎn)。凍融破壞是因氣溫梯度差異過大而直接破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以其初始LOD100 參數(shù)為基礎(chǔ)，從破壞機(jī)理、水狀態(tài)、指數(shù)方面實(shí)施分層，LOD200 為破壞機(jī)理分層，LOD300 為重復(fù)凍融多次后耐久性指數(shù)分層。碳化作用是混凝土中的堿性水化物接觸空氣中的二氧化碳后所造成的結(jié)構(gòu)組織變化，從碳化機(jī)理、深度模型與指標(biāo)實(shí)施分層，LOD100 為初始參數(shù)分層，LOD200 為碳化深度模型分層，LOD300 為碳化評(píng)價(jià)指標(biāo)分層。硫酸鹽侵蝕指的是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中被外部環(huán)境中的硫酸鹽侵入，產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，而其反應(yīng)產(chǎn)物具有膨脹性，隨著不斷擴(kuò)張而造成結(jié)構(gòu)破壞。從侵蝕劣化機(jī)理、評(píng)價(jià)指標(biāo)方面實(shí)施分層，LOD100為硫酸鹽侵蝕相關(guān)參數(shù)，LOD200 為侵蝕劣化模型分層，LOD300 為硫酸鹽侵蝕評(píng)價(jià)指標(biāo)分層。

（二）構(gòu)件層次

構(gòu)件層次研究的重點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能分析，混凝土銹脹開裂根據(jù)材料開裂損傷程度和開裂銹蝕率實(shí)施分層，LOD100為混凝土銹脹開裂相關(guān)參數(shù)，LOD200 為混凝土銹脹開裂模型分層，LOD300 為混凝土銹蝕開裂臨界銹蝕率分層。鋼筋銹蝕與混凝土粘結(jié)性能根據(jù)鋼筋與混凝土粘結(jié)力的變化、應(yīng)力變形實(shí)施分層，LOD100 為鋼筋和混凝土的相關(guān)銹蝕參數(shù)，LOD200 為銹蝕鋼筋和混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)模型分層，LOD300 為銹蝕粘結(jié)滑移影響指標(biāo)分層。構(gòu)件承載力在力學(xué)理論上根據(jù)鋼筋直徑、鋼筋銹蝕率等進(jìn)行分層，LOD100 構(gòu)件承載力相關(guān)參數(shù)，LOD200 為銹蝕構(gòu)件裂縫、形狀變化分層，LOD300為鋼筋銹蝕率變化分層。

（三）結(jié)構(gòu)層次

結(jié)構(gòu)層次根據(jù)兩個(gè)角度進(jìn)行分層，包括耐久性設(shè)計(jì)與已使用混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)及其壽命周期測(cè)定，其LOD100 為相關(guān)參數(shù)，LOD300 為結(jié)合結(jié)構(gòu)建造所處環(huán)境明確設(shè)計(jì)壽命分層，LOD400為結(jié)合相關(guān)計(jì)算與構(gòu)造措施設(shè)計(jì)耐久性分層，LOD500為耐久性評(píng)估分層，包含檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)損傷信息、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、可靠性理論幾個(gè)方面。將LOD 分層輸入橋梁結(jié)構(gòu)管理信息模型中，依照其數(shù)字化轉(zhuǎn)換結(jié)果和對(duì)比情況掌握鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性影響因素與實(shí)際情況。

（四）環(huán)境層次

環(huán)境因地域不同而存在一定差異，對(duì)于環(huán)境層次的分析則需考慮到其地域特征，通常而言濕度是環(huán)境層次的關(guān)鍵作用元素，因而LOD 分層從大氣環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、海洋環(huán)境等方面研究。大氣環(huán)境以一般大氣環(huán)境為準(zhǔn)，當(dāng)鋼筋混凝土的表層發(fā)生碳化之后，大氣環(huán)境中所含有的水分與氧氣對(duì)其發(fā)生侵蝕作用，導(dǎo)致鋼筋生銹。工業(yè)環(huán)境中一般會(huì)排放大量的二氧化碳、氯離子以及廢水等，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在侵蝕影響。而海洋環(huán)境則主要是臨近海洋的位置含有較多氯化鈉與氯離子，且PH值近中性，容易對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)形成腐蝕，且與海洋距離不同也會(huì)影響侵蝕的程度，威脅鋼筋混凝橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

三、強(qiáng)化鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的對(duì)策

（一）確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的厚度

強(qiáng)化鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性要求保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的厚度，以此提高其內(nèi)外部的密實(shí)度，有效避免水分以及氧氣的侵入，防止引起鋼筋銹蝕情況，而達(dá)到提升耐久性的目的。根據(jù)橋梁建筑施工需要盡最大可能增加其保護(hù)層的厚度，考慮到橋梁功能的正常使用，據(jù)實(shí)際情況而定進(jìn)行厚度的調(diào)整，減少腐蝕物質(zhì)的大量侵入。

（二）合理選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格性能混凝土

強(qiáng)化鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性要求合理選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格與性能的混凝土，確保鋼筋混凝土的強(qiáng)度和使用質(zhì)量，也保證其混凝土的密實(shí)度。根據(jù)橋梁工程建筑施工需要購入合規(guī)的混凝土，妥善存放并規(guī)劃管理。在混凝土配比過程中按照既定比例合理配置，注意保持較小的水灰比，讓混凝土依舊發(fā)揮強(qiáng)度性能的基礎(chǔ)上也可以具有較強(qiáng)的水密性，在較高pH 值的維持下能夠有效避免鹽分的滲透，降低環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的不良影響，延長(zhǎng)其全壽命周期。

（三）注意防范鋼筋混凝土發(fā)生龜裂

近海洋環(huán)境下，離子物質(zhì)含量較高，加上濕潤(rùn)度較高，其擴(kuò)散滲透力度強(qiáng)，能夠直接由已經(jīng)發(fā)生龜裂情況的鋼筋混凝土位置侵入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，短時(shí)間造成嚴(yán)重侵蝕，因而需調(diào)整鋼筋直徑大小的選擇，控制混凝土內(nèi)部收縮力，增加保護(hù)層的厚度，防止龜裂現(xiàn)象發(fā)生。

四、結(jié)語

綜上所述，鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是影響橋梁建造質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在橋梁工程建造中需重視耐久性的加固和維護(hù)。而在強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)耐久性之前應(yīng)準(zhǔn)確完整把握其影響因素，利用BIM 技術(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，借助數(shù)字化技術(shù)和功能分析評(píng)測(cè)材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等影響因子，直觀且精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)可能存在的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，從而采取有效措施加以應(yīng)對(duì)，切實(shí)提升鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，保障橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，有力推動(dòng)建筑工程的現(xiàn)代化發(fā)展。