近年来，由于环境侵蚀影响导致混凝土斜拉桥遭到损坏的数量日益增加。事实上，引起这种损坏过程是由于环境侵蚀物的扩散侵蚀作用，而导致混凝土强度的降低和钢筋锈蚀。对于斜拉桥来说，破坏通常发生在主塔和桥面。由于主塔中有大量百分比含量的侵蚀性物质，因此，对主塔侵蚀的影响通常更为严重。在细长主塔的桥梁上表现得尤其显著。
本文是研究已建于意大利米兰的Certosa斜拉桥（图1）。大桥在使用了15年后，桥塔开始显示出一些损坏迹象，因此，对大桥进行修复。为了调查修复的成效，桥塔的时变结构性能从确定性和随机性两方面进行评估。作者建议的近年来的新方法数值模拟已展示出其潜力，用于分析在环境侵蚀作用下混凝土结构的耐久性和使用年限。特别是，主塔结构随时间演化而坏损，以前已经有此方面研究，并使之与修复后的结构性能相比较。这些对比的结果为下阶段的检查和维护工作的决策提供了依据，与此同时，已收集的信息对Certosa斜拉桥在以后的结构整体性的对比评价也提供了依据。
Certosa斜拉桥
设计要求与决策
位于米兰Certosa的铁路道口的斜拉桥建于20世纪80年代末。Certosa桥象征着这种结构的一种特殊运用，以解决城市化发展中带来的一些问题。设计需求：（a）桥面横断面最大厚度1.60m；（b）在整个修建阶段（底座，桥墩，桥面），将铁路运输的干扰最大程度地降低；（c）由于列车减速，根据意大利国家铁道部门的要求，提出了费用的初步估价。除此之外，米兰市政府要求新大桥的建立必须紧靠现有旧的混凝土拱桥（3拱，单跨长25 m），与此同时，拱桥能继续使用。
几个可供选择的设计方案经过审查。其中，一种基于45m＋90m＋45m的三跨、桥面厚为1.60 m的斜拉桥方案最终被选定。悬索体系呈扇形，每个主塔由8个支撑构成。考虑到桥面线型，两个主塔大约高19 m（见图2）。斜拉桥运用于跨径小于200 m有点勉强。在这种情况下，无论如何，这种方案减少了大部分铁路运输的干扰，并且整个结构建筑能自主组织。这种施工过程并不常见，因为首先它涉及到将这个结构建造在铁路区域外分为两个部分，然后再进行组装。当构件就位，这两部分再通过现浇和预应力钢索连接起来。
桥梁特征
桥梁总长180 m，中跨90 m，两个边跨45 m，如图2a所示。桥面由5个箱梁组成，箱梁宽19.80 m，与道路的中心线呈26.7°夹角。横断面的厚度从1.40 m到1.80 m不等，顶板和路面一样有一个小的横坡。顶板和底板厚分别为0.22 m和0.18 m。箱室沿跨径方向由一系列横梁加强，安放的位置和这些支柱一致。横梁由两个短悬臂梁锚定完成。梁的横截面在桥墩处比其它部位要厚，以支撑主塔传递的强大的力。钢面和梁的预应力钢束采用14-Φ0.6和19-Φ0.6(寸)的钢铰线。
斜拉桥的主塔高19.00m，横断面呈矩形，沿高度方向变化，顶部1.14m×2.00m至底部1. 14m×2.50m（图2）。从正面看，主塔和支撑桥梁的两梁托呈锥形。主塔的末端带有铰接装置。共有由钢箱构成的三个基座，用来锚固与之分离的支柱，在同一平面内交错布置(不相交)。
每个主塔有三对支柱，与水平面倾斜如图3，从最长到最短的，这些支柱分别由直径0.6英寸的2×45股，60股，45股钢绞线所构成。预应力支柱用来平衡由蠕变和混凝土面收缩所应起的时间效应，在固定荷载作用下，支柱中的应力被假定为常量。
主塔的结构修复
大约在使用15年之后，米兰市政府决定对大桥进行一次整体、详细的检查。大桥外观的精确设计和精细管理，合适厚度的确定和有效的表面防护材料的选择都在桥梁的保护中起了很大作用。由于是最重要和最繁忙的通向米兰的要道，这个建筑承受了严重的荷载，但桥梁总体上处于一个比较好的状态。桥面完好无损，现存表面也没有出现裂纹、剥落或盐斑。可见的破坏痕迹主要在暴露的部分，包括四个主塔，由于风吹和酸雨侵蚀以及来自路面和下方铁路的侵蚀性物质所产生的影响（图3b）。
检测
首先检查显示出外观表面的裂纹，这些裂纹主要是涂料表面边缘以及混凝土表面层状的分离所保存的油污与灰尘混合的痕迹。油漆的局部脱落出现了小面积网状的裂纹，有黑色轮廓标记但是没有可测宽度，小幅度裂纹随机分布（图4a）。这些结果可以归因于第一阶段处治过程中的塑性收缩以及水分流失。在第二阶段完成的浇筑边界和接近于整块铸件（图4b）也发现了同样裂缝。在进行了强喷沙清洁 (图5a)和一系列碳化和硬化试验后，在这些活动中钻孔取样是不可能的。碳化程度与15年历史建筑的期望值是一致的（最小：6.7mm，最大：20.5 mm，平均值：10.3 mm）。回弹捶击试验提供了RH指标的中值与高值（最小：43.89；最大：57；平均值：50.17）。在基础浇筑停止时，发现有骨料离析现象，而残余水泥的胶合骨料自身有很强的粘附力（图4c）。直接暴露在交通污染的主塔下半部分表面处，发现散裂和初始钢筋锈蚀现象。
维修
以下是维修工作概述。主裂纹已经弯曲到裂纹底部（图5b），采用防收缩聚丙烯纤维加强的高强度的砂浆（立方抗压强度R28＞55.2 N／mm2，抗弯强度＞11.1N／mm2），将裂缝修复。一些小裂缝和离析区通过高黏合的水泥灰浆，外加了一些细小的乙烯聚合物纤维（粘附强度＞3.0N／mm2）进行修复。整个大桥表面已经抹上了高粘附性、高弹性的水泥灰浆作为保护（E28=
时变结构性能
Certosa桥时变结构性能目前正采用一种新颖的方法来研究，研究者们提出的该方法，用于在外部侵蚀剂的扩散化学侵蚀作用下的混凝土结构的耐久性分析。该方法基于侵蚀钢筋混凝土有限梁单元的合理方程式，包括扩散过程和裂缝状态的耦合效应。通过这种方式，与通常方法的仅仅处理材料的局部侵蚀相对比，这种方法考虑了随时间演化侵蚀引起的结构内力重分布。从而在整体结构性能的基础上评价局部破坏现象对全局的影响。
不过，值得注意的是：就目前情况不考虑再分布效应，特别是在主塔上。事实上，正如已经提到的，支柱预应力是按照恒载下的应力水平保持一个近似的恒量这样的方式设计的。另外，在不考虑性能侵蚀的影响下，经过持续的一段时间的监测活动，已经成功检测恒载下的应力水平。为此，桥梁时变结构性能通过重点评价主塔底部横断面，呈现侵蚀现象最明显地方。如图8a所显示的横断面，其主要额定尺寸长为2.50m，宽为1.14 m，用86根直径Φ=26 mm的钢筋固定。
在下文中，通过对两个方案的研究，主塔的使用性能可达到50年。第一个方案，结构任由经历损害而不加以干预。第二个方案，将大桥使用15年以后维修的影响考虑进去。这种考虑是通过（a）假定混凝土面层修复层处于未受损伤的状态 (b)沿着横断面的界限放置一个扩散物障碍，通过这种方式阻止外部的扩散作用，使结构未来损害只受已经存在于内部的侵蚀物的作用。
结论
本文研究了一座斜拉桥在侵蚀物作用下的时变结构性能。考虑了在使用十五年后进行维修工作的影响。不同于通常的混凝土结构强度分析的方法，一般仅仅只关注材料的局部损坏，文中建议的方法允许在整体结构性能的基础上评价局部破坏现象对全局的影响。
文中Certosa斜拉桥的时变性能的确定性和随机性都通过考虑两种不同的情形而进行了分析：没有进行和进行维修工作。结论的直接对比表明采用了维修活动不仅能提高结构性能，而且，主要使侵蚀率相应减少，从而使未来检查维修工作相关成本明显减少。另外，涉及不确定性离差的下降也已经实现。随机观点使不确定性明显减少，从而提供了一种更加可靠的修复结构的维修计划。
最后，随机性调查的结果在无需更多维护的可靠程度下，已被应用于余下使用期限的评定中。即使结果的准确度依赖于定义扩散和损坏过程的材料参数值，这种预测为未来维修工作的合理计划提供重要基础。
资料来源： August 2006, Structural Engineering Internationa
