近年來我國交通飛速發(fā)展，高速公路和高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)，橋梁數(shù)量大幅增加，大型復雜橋梁也得到了越來越廣泛的應用。平潭海峽大橋、集美大橋，海滄大橋，蘇通長江公路大橋、東海大橋、上海長江大橋、閔浦大橋、珠港澳工程、瓊州海峽工程、渤海灣連接線、以及已經(jīng)召開過四次學術(shù)研討會的臺灣海峽連接線等顯示，我國橋梁工程無論在規(guī)模和發(fā)展速度上已取得令全世界矚目的偉大成就。但是，近年來我國橋梁安全事故頻發(fā)，如2001年11月8日，曾被稱為中承式鋼筋混凝土拱橋單孔系列世界第一的四川宜賓南門大橋鋼纜吊桿斷裂，兩端橋面預制板發(fā)生坍塌斷裂，引起強烈震動。2004年9月1號，京杭大運河蘇州段橫塘亭子橋被貨船撞塌，引發(fā)了京杭大運河蘇州段的大擁堵，并且影響到常州、宜興、江陰、無錫等地的運河運輸。2005年4月７日，江蘇省吳江市梅堰鎮(zhèn)一座橋梁突然坍塌，造成數(shù)人傷亡，并對上海和浙江湖州的航道產(chǎn)生一定影響。2007年3月18日由阜康開往烏魯木齊火車北站的專線運煤列車在阜康市境內(nèi)經(jīng)過一鐵路橋梁時，橋梁坍塌，機車頭后部9節(jié)運煤車廂脫軌。2007年4月16日，深汕高速公路西段距起點五百米處的一座橋梁發(fā)生半幅坍塌，造成該路段雙向交通封閉中斷。2007年6月15日，廣東九江大橋遭航行船只撞擊橋墩，導致橋面坍塌約200m。2007年8月13日，湖南鳳凰縣堤溪段在建沱江大橋發(fā)生坍塌事故，造成數(shù)十人死亡。不僅國內(nèi)如此，國外也有類似事故出現(xiàn)，2006年9月30日加拿大蒙特利爾北部的拉瓦爾市某立交橋路面出現(xiàn)裂縫，隨后坍塌。2007年9月1日，巴基斯坦卡拉奇一座使用才12天的立交橋部分坍塌。2007年8月1日，美國明尼蘇達州境內(nèi)的一座跨越密西西比河的公路橋傍晚時分轟然坍塌。 因此，橋梁結(jié)構(gòu)安全性問題已經(jīng)引起國際范圍內(nèi)工程界、橋梁管理部門越來越多的重視，建立健全有效的在役橋梁安全評估與管理程序已成為國內(nèi)外共同探討的熱點問題之一。隨著經(jīng)濟建設(shè)中和社會對橋梁安全的關(guān)注，在役橋梁安全評估與管理程序開發(fā)的需求應運而生。 2 在役橋梁安全評估與管理程序開發(fā)的意義 根據(jù)2007年福建省各地市第一階段以橋梁為重點的安全隱患排查結(jié)果，目前全省17000多座橋梁中，已有3234座特大橋、大橋及三、四、五類橋梁實施監(jiān)管，共發(fā)現(xiàn)三、四、五類舊危橋2315座，其中：國道舊危橋32座、省道舊危橋130座、縣道舊危橋319座、鄉(xiāng)村道路舊危橋1821座、專用公路舊危橋13座。由于全省很多普通公路橋梁于上世紀60年代、70年代建成，設(shè)計荷載低；另外由于設(shè)計、施工的缺陷和長期使用中的損傷、老化或災害造成混凝土橋梁結(jié)構(gòu)開裂、抗震性能不良、承載能力不足等，直接影響橋梁的安全和使用功能，再加上屢禁不止的超載，造成永久性橋梁損傷，或者在運營一段時間后就出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量安全問題。 因此如何評價這些橋梁，如何進一步做好橋梁養(yǎng)護和加固問題成為目前一個急需解決的問題。對于上述危橋及質(zhì)量安全問題的橋梁亟需開發(fā)一套完善的在役橋梁運行安全評估程序，以便對橋梁的技術(shù)狀況做出準確的現(xiàn)狀評價和合理的未來趨勢預測，為橋梁管理部門提供適用的決策建議。 2.1為突發(fā)公共事件監(jiān)控和預防提供技術(shù)支持 為提高政府保障公共安全和處置突發(fā)公共事件的能力，最大程度地預防和減少突發(fā)公共事件及其造成的損害，保障公眾的生命財產(chǎn)安全，維護國家安全和社會穩(wěn)定，促進經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，國務(wù)院2006年1月８日發(fā)布了《國家突發(fā)公共事件總體應急預案》，我省隨后也發(fā)布了《福建省人民政府突發(fā)公共事件總體應急預案》。以上兩級預案對現(xiàn)代橋梁預測預警系統(tǒng)的目標進行了明確的規(guī)定，但缺少必要的技術(shù)支持。因此根據(jù)《國家突發(fā)公共事件總體應急預案》及其專項應急預案要求，按照《福建省人民政府突發(fā)公共事件總體應急預案》的基本精神，結(jié)合福建省橋梁工程管理的具體情況，有必要建立福建省在役橋梁工安全評估與管理系統(tǒng)，以有效監(jiān)控和預防橋梁安全問題引發(fā)的突發(fā)公共事件。 2.2 保障在役橋梁安全運營的需要 橋梁工程作為現(xiàn)代化城市交通的重要組成部分，在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要性決定了其安全性與耐久性是關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)性問題。橋梁在建造和運營過程中，受到環(huán)境、有害化學物質(zhì)的侵蝕以及承受車輛、風、地震、人為因素等作用，會造成橋梁損傷或局部破壞。在役橋梁隨著服務(wù)期的增長，性能退化，甚至超期、超負荷運營，安全隱患不斷增加，國內(nèi)外相關(guān)的事故不斷，造成了重大財產(chǎn)損失和人員傷亡。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計，現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)的破壞性事故出現(xiàn)越來越頻繁，美國土木工程師學會（ASCE）2003年底公布的調(diào)查結(jié)果，美國國家級橋梁27.5％以上老化而不能滿足功能要求，估計在20年內(nèi)，每年要投入94億美元進行橋梁治理。我國現(xiàn)有公路橋梁24萬余座，總長近10000公里，1/4以上的橋梁都存在結(jié)構(gòu)性缺陷、不同程度的損傷和功能性失效的隱患。2007年8月，陳肇元、范立礎(chǔ)、項海帆、劉建航等院士組成的工程結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性研究項目組，對我國土建工程現(xiàn)狀、問題與對策作了全面的研究。項目組認為我國在役橋梁存在一系列的問題：首先是原有規(guī)范標準太低，未能預計到我國經(jīng)濟建設(shè)的急速發(fā)展，導致在役橋梁頻繁超載；我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，對環(huán)境保護關(guān)注不夠?qū)е聵蛄哼\營環(huán)境比較惡劣，影響了橋梁安全；橋梁設(shè)計中未能考慮后期運營管理的需要，導致橋梁管理不到位。這些都為橋梁的運行埋下了安全隱患，而解決這些問題最經(jīng)濟的辦法就是通過安全評估與管理系統(tǒng)系統(tǒng)對其實施控制。因此橋梁結(jié)構(gòu)安全性問題已經(jīng)引起國際范圍內(nèi)工程界、橋梁管理部門越來越多的重視，建立健全有效的橋梁安全評估與管理系統(tǒng)的研究已成為國內(nèi)外共同探討的熱點問題之一。 2.3 節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施投資 目前國內(nèi)修建的諸多橋梁在遠遠未達到其設(shè)計期限就需要進行大修、甚至于拆除，造成這一問題的根本原因在于橋梁全過程各個階段的安全受控沒有實現(xiàn)連續(xù)而協(xié)調(diào)，各個群體僅僅關(guān)注于單一環(huán)節(jié)，未能從全過程角度重視安全受控。這一現(xiàn)象造成橋梁建設(shè)總體投資居高不下，極端情況下，后期的維護費用甚至遠遠超過橋梁初期建設(shè)費用。實施橋梁全過程安全評估和協(xié)調(diào)有效的預測管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)橋梁事故的事前控制，在一定程度上延長橋梁的使用壽命，降低橋梁總投資。 2.4應用技術(shù)價值 從應用技術(shù)價值講，我國橋梁建設(shè)正處于在役橋梁需要大面積維護和新建橋梁高速發(fā)展的特殊時期，而在不久的將來，我國必將會從橋梁大規(guī)模建設(shè)階段，進入后期的運營維護階段，此課題的研究既能滿足當前的需要，又有一定的前瞻性。橋梁安全是關(guān)乎國計民生的重大問題，由于我國目前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所處的特殊階段，發(fā)展超出一般預期，因此，國內(nèi)在科學研究方面對橋梁全過程安全受控與管理系統(tǒng)領(lǐng)域的研究起步較晚、重視不足，就前期調(diào)研來看，國內(nèi)目前很少有單位在這一方面進行系統(tǒng)的工作，主要研究集中于大型橋梁運行期的管理系統(tǒng)、實時健康監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)，這些研發(fā)工作對橋梁的安全管理起到了積極的作用，但實際使用效果并不理想。此課題的研究將橋梁安全的全過程受控與預測管理系統(tǒng)結(jié)合一起考慮，以橋梁運行期的安全受控為目標、以橋梁安全監(jiān)測為手段、以橋梁運行期的安全預警為技術(shù)措施，實現(xiàn)橋梁運行期安全事故的事前預控制。這對我省的上萬座橋梁的安全控制，以及大量修建的高速公路上橋梁的安全運行發(fā)揮重要的作用。 3 在役橋梁安全評估與管理程序開發(fā)的研究 在役橋梁安全評估與管理程序開發(fā)的研究主要集中于在橋梁安全評價理論及技術(shù)方面，主要包括橋梁評估方法、壽命預測和程序開發(fā)等。 橋梁評估方法之間存在一定的區(qū)別和聯(lián)系，根據(jù)各方法的典型特點，橋梁評估方法大致可分為基于外觀調(diào)查的方法、基于規(guī)范設(shè)計的方法、基于專家經(jīng)驗的方法、有限元法、荷載試驗、基于可靠性理論的方法[1-6]。各評估方法重點在于研究安全指標體系和安全評價模型[7]。在安全指標體系方面：同濟大學胡志堅[8]在綜合考慮橋齡、環(huán)境因素后提出了鋼筋混凝土梁式橋評價指標體系層次結(jié)構(gòu)；浙江大學吳小平[9]以鋼管混凝土拱橋為例，按層次分析法的基本思想提出鋼管混凝土拱橋指標體系層次圖；西南交通大學許肇峰[10]提出了斜拉橋上部結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估模型；武漢理工大學朱秋紅[11]根據(jù)層次分析法的基本原理建立了黃河二橋安全狀態(tài)的遞階層次結(jié)構(gòu)。在安全評價模型方面，當前已在研究應用的主要方法有模糊加權(quán)向量方法[12]、遺傳算法（Genetic Algorithms）與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neural Networks）相結(jié)合的方法[13]、利用灰色聚類評判法進行既有公路橋梁缺損狀態(tài)分級的方法[14]、基于模糊理論的層次分析法[15]以及可靠度理論[16]等。 橋梁的自然壽命也稱為結(jié)構(gòu)的使用壽命或耐久年限，是指橋梁在正常使用和正常維護條件下，仍然具有其預定使用功能的時間。對于己經(jīng)使用了一個時期的舊橋，將在正常使用和正常維護條件下，仍然具有其預定使用功能的時間稱為橋梁的使用壽命。橋梁剩余使用壽命是指橋梁使用壽命與己使用年限的差值。橋梁剩余壽命預測的方法主要有基于混凝土碳化的橋梁剩余壽命預測方法[17]、基于結(jié)構(gòu)累積疲勞損傷的橋梁剩余壽命預測方法[18]和基于結(jié)構(gòu)性能衰減的橋梁剩余壽命預測方法[19]等。 在役橋梁安全評估與管理程序?qū)儆趯嵱眉夹g(shù)研究，是一個集橋梁工程、計算數(shù)學與力學、檢測技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、自動化技術(shù)、遠程通信技術(shù)、計算機技術(shù)、智能識別等多學科于一體的復雜系統(tǒng)，與當時的社會發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，具有明顯的時代特征。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，一些新型的測試技術(shù)、手段和方法以及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔粩喑霈F(xiàn)并日趨成熟。伴隨著各種光纖傳感器、單向加速度傳感器、應力計、應變計、測縫計、滲壓計、超聲波流量計、沉降計、測斜儀、激光準直儀、激光測距儀、GPS全站儀、變磁阻式坐標儀、感應式垂線儀、電容感應式遙測儀、電磁感應式引張線儀、電容感應式靜力水準儀、計算機層析成像儀等測試儀器和光纖傳感器、C掃描儀、雷達儀等測試儀器的成熟，極大地豐富了橋梁方面的監(jiān)測手段和監(jiān)測方法。而計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及它們和多種監(jiān)測手段與監(jiān)測方法的結(jié)合完全可能實現(xiàn)安全監(jiān)測的一體化、自動化、數(shù)字化、智能化，以滿足評估預測的需要。 因此，可以利用各種綜合知識，提出橋梁安全評估與管理系統(tǒng)架構(gòu)，建立基于橋梁外觀檢查、耐久性檢查結(jié)合橋梁荷載試驗的梁橋和拱橋安全評價指標體系，明確在役橋梁安全預測預警綜合評價方法，在橋梁失效準則的基礎(chǔ)上，綜合考慮加固成本、延續(xù)時間內(nèi)結(jié)構(gòu)失效經(jīng)濟風險、正常維護費用、運營后的經(jīng)濟社會效益之間的關(guān)系，以經(jīng)濟和優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，提出一種實用的橋梁剩余經(jīng)濟使用壽命的預測方法，達到橋梁運行安全管理規(guī)范化、程序化，設(shè)計與建立橋梁安全管理與評估系統(tǒng)信息平臺，并應用典型工程的橋梁安全評估進行實例驗證。 居安思危，思則有備，備則無患。橋梁工程作為現(xiàn)代化交通的重要組成部分，開發(fā)有效的橋梁安全評估與管理系統(tǒng)程序，通過其高效運作，將突發(fā)事件控制在有限范圍內(nèi)，及時、有效進行預防、預控。而這一過程中的各種評估結(jié)果與數(shù)據(jù)，也及時反饋給信息管理系統(tǒng)，通過再次分析，達到優(yōu)化下一預警活動目的，從而保證整個交通網(wǎng)絡(luò)的安全運行。 4 橋梁加固新技術(shù)研究與應用 事實上，橋梁結(jié)構(gòu)的安全評估與加固改造是一個整體的二個方面，對在役橋梁客觀評估的基礎(chǔ)上，采用新技術(shù)、新工藝對存在問題的橋梁進行加固、改造的研究同樣具有重要的現(xiàn)實意義。此處提出一種橋梁加固的新技術(shù)與新工藝，其基本思路是通過改變結(jié)構(gòu)的截面形式，將“T”型梁、“工”字型梁或“Π”型梁以及在我國曾大量修建的雙曲拱橋等開口截面的結(jié)構(gòu)通過現(xiàn)澆混凝土，改變?yōu)殚]口截面，提高截面的抗扭強度，改善截面橫向不均勻的活載受力，達到提高結(jié)構(gòu)承載能力和整體剛度的目的。 這種新的加固改造技術(shù)同樣可以應用于橋梁的加寬方面，如圖2所示，通過現(xiàn)澆混凝土濕接縫的連接，把新橋與老橋橫向連成整體，從而達到拓寬橋梁的目的。 把上述橋梁加固的新技術(shù)和施工工藝簡稱為“橫向分段施工”。 “橫向分段施工”新技術(shù)的研究關(guān)鍵在于：舊橋部分的 “工”字型混凝土構(gòu)件（包括“T”型梁、“Π”型梁）大都是預應力結(jié)構(gòu)，而施工現(xiàn)澆成箱梁部分的頂板和底板是普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與全部整體預制（或現(xiàn)澆）施工的箱梁相比，前者的預應力是作用在部分斷面上，而后者的預應力是作用在全斷面上，兩者之間的受力性能是否相同需進行深入探討分析。同樣，橋梁拓寬時，新、舊橋部分均為預應力結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)澆混凝土濕接縫部分為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，新、舊橋橫向連成整體后，濕接縫混凝土的受力狀況如何有待于進一步的分析計算。文獻[20]已初步研究此工藝施工的預應力箱梁與整體澆筑預應力箱梁的模型試驗以及兩試驗模型的受力性能差異。 此加固技術(shù)應用研究的一個較好例子是：福建省某市7孔空腹式等截面懸鏈線雙曲拱，其中三孔75m，4孔45m，混凝土實體墩，砌片U臺，沉井基礎(chǔ)，橋面寬為凈－9+2×1.0m人行道，全橋總長469m。設(shè)計荷載為汽-13，拖-60，該橋于70年代建成通車，至今已使用了30年，橋梁受到不同程度的損傷。通過把雙曲拱的開口截面做成閉口箱梁截面的構(gòu)造措施，結(jié)果計算表明：即使把該大橋從11m加寬到17m（四車道），橋梁荷載等級從汽-13，拖-60提高到汽-20，掛-100，照樣能滿足使用階段受力的要求，并且其自重僅僅提高了12％。 5 小結(jié) 因此，研究并開發(fā)福建省在役橋梁的安全評估與管理系統(tǒng)程序，意義十分重大而且緊迫，該項目的研究對提升我省公路橋梁預防性養(yǎng)護理念，快速及時準確了解橋梁運營狀況和技術(shù)狀況，有效預防減少橋梁事故的發(fā)生，提高橋梁安全管理水平和效率，建設(shè)節(jié)約型預防性養(yǎng)護體系具有積極作用。同時在橋梁加固改造方面，提出的橫向分段施工加固新技術(shù)具有很廣的應用范圍，有關(guān)這種新技術(shù)與新工藝的研究在國內(nèi)尚屬起步階段，對其開展研究具有重大的經(jīng)濟效益與應用價值。

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文章來源： 永年加固公司
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