城市桥梁基础知识及管养现状与发展二城

城市桥梁基础知识及管养现状与发展二城

城市桥梁基础知识及管养现状与发展 （二） 城市桥梁管养现状与发展 城市桥梁管养现状 1 、 主 要 内 容 城市桥梁管养特点 2 、 桥梁管养相关规范 3 、 桥梁管养工作效力及策略优化 4 、 1 、城市 桥梁管养现状 城市桥梁管养现状 1.1 1.2 管养工作的重要性与紧迫性 1.3 世界百年十大塌桥事故 1.1 城市桥梁管养现状 受 时代限制，设计荷载偏低，设计规范不完善 结构设计不合理，计算错误 ； 施工图不完善，施工材料 受限制 。。。 交通运输任务日益繁重 交通碰撞、船撞事故，地震破坏，洪水冲刷，日晒冻融，化学腐蚀 ， 地基不均匀沉降 。。 。 内部因素 外部因素 城市桥梁 出现桥梁整体或组成部件在强度、刚度等方面的损坏 。 给 市民群众的生命财产、交通安全带来一定的威胁，给城市造成经济损失。 降低了使用寿命，影响桥梁结构在正常使用条件下的安全性和耐久性。 美国《时代周刊》评出百年世界十大最恶劣塌桥事故，每次事故都是一个血的教训，令人深思。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 1 ： 加拿大魁北克大桥二度坍塌 事故时间： 1916 年 9 月 11 日 坍塌原因：由于 设计上的缺陷，导致桥体实际承载量远低于 设计承载量 ，并导致该桥两度坍塌。首次坍塌 时间为 1907 年。 死亡人数： 95 人 1.2 世界百年十大塌桥事故 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 2 ： 美国连接西佛罗里达州波因特普莱森特与俄亥俄州 Kanauga 的吊桥发生坍塌 事故时间： 1967 年 12 月 15 日 坍塌原因： 历时 39 年的 高负荷运作 ，使得该桥靠近俄亥俄州一面的一个链环不堪重负而断裂。 死亡人数： 46 人。 事故 3 ： 美国堪萨斯州海厄特 - 雷根西饭店的高架人行桥突然断裂 事故时间： 1981 年 7 月 17 日 坍塌原因： 当时桥上挤满了人群，部分人们正在跳舞。建筑学家认为一个原因是跳舞的人们 有节奏的振动引发人行桥结构断裂 ，另一个原因就是 桥面人员过多，负荷过重 。 死亡人数： 114 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 4 ： 美国康涅狄格州格林威治镇米勒斯大桥坍塌 事故时间： 1983 年 6 月 28 日 。 坍塌原因： 桥体一个 铁栓发生松动 造成。 死亡人数： 3 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 5 ： 韩国首尔桑苏大桥坍塌 事故时间： 1994 年 10 月 21 日 坍塌原因： 大桥主干的支持钢筋在上午上班高峰时间突然断裂，瞬间塌入汉江。大桥在 维护过程中出现的焊接失误及大桥的设计缺陷和施工建筑期间的种种问题 导致大桥坍塌。 死亡人数： 31 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 6 ： 重庆市綦江县虹桥坍塌 事故时间： 1999 年 1 月 4 日 。 坍塌原因： 调查显示 建桥使用的钢筋质量 有严重问题。 死亡人数： 49 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 7 ： 葡萄牙北部的 Hintze-Ribeiro 大桥坍塌 事故时间： 2001 年 3 月 4 日 坍塌原因： 引起该桥坍塌的原因至今仍未确定下来，然而葡萄牙法官判处该桥的设计单位在在 安全设计 方面存有缺陷。另可能是由于该桥 年久失修 而无法经受连续几日的暴雨而坍塌。 死亡人数： 59 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 8 ： 印度达曼西部沿海区域一座大桥坍塌 事故时间： 2003 年 8 月 28 日 坍塌原因： 当时事故发生后，当地的居民在抗议中攻击了政府建筑，警方还在当地实行了宵禁。当地居民指责 政府忽视大桥存有安全隐患的相关警告 ，具体坍塌原因不明 。 死亡人数： 25 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 9 ： 西班牙格兰纳达 Almuñecar 地区的高速公路桥坍塌 事故时间： 2005 年 11 月 7 日 。 死亡人数： 6 人。 坍塌原因：跨径为 180 英尺的桥面突然坍塌 。 1.2 世界百年十大塌桥事故 事故 10 ： 印度比哈尔邦帕戈尔布尔火车站附近一座 150 年桥龄的旧桥坍塌 事故时间： 2006 年 12 月 2 日 坍塌原因： 这座已经有着 150 年历史的大桥 年久失修 ，并在被拆毁过程中坍塌，地面一列火车被压 。 死亡人数： 33 人。 1.2 世界百年十大塌桥事故 桥梁是城市道路交通的咽喉，更是确保整个城市道路交通系统正常运营的关键。然而，通过调查发现，我国的城市桥梁 普遍存在着大量技术与管理方面的问题 。 1.3 管养工作的重要性与紧迫性 为了提高城市桥梁的 技术状况 及人、车等的 通行能力 ，使桥梁能时刻处于良好状态，必须把城市桥梁的 养护、检查、检测、监测等管养工作 做好，延长桥梁的使用年限，减少因桥梁损坏、垮塌等而带来的交通事故，对保障市民生命财产安全 ，促进城市安定和谐具有特别重要的意义。 关于城市中的桥梁管养问题，不仅成为公众广泛关注的话题，业已成为城市安全一个不容忽视的重大隐患。所以保障城市桥梁的完好畅通 ，进一步加强桥梁的管养水平已成为迫切需要。 2 、城市 桥梁管养特点 目前城市桥梁管养存在的主要问题 2.1 2.2 城市桥梁管养措施 2.3 城市桥梁常见病害 桥梁建设从设计开始就考虑了该桥的使用寿命，但是建成后欲达到其目的，必须经常通过 养护 达到其预期效果。 2 、城市 桥梁管养特点 桥梁养护 养护范围 养护项目 维护 一般指保护性措施 如桥梁保洁、疏通排水、勾堵缝隙、小量喷涂、零星补修、零星防锈 等 小修 属局部修理 如栏杆整修或喷涂、步道整修、桥面补修、伸缩缝修理、护坡整修 等 中修或大修 通常放一起统称为大中修，其作业范围比较广泛，主要有较大数量的修理项目 如全桥喷涂、更换构件、加固、加宽、加长，以及各种改善性工程 等 桥梁 管理 也是一项不可或缺的重要工作。养护与管理是一项工作的两个方面， 养护离不开管理，管理是为了养护 。 2.1 目前城市桥梁管养存在的主要问题 养 护 问 题 目前 , 市政养护管理单位普遍存在着养路不养桥 , 重建不重养的思想 , 造成了桥梁失养 。 桥面不清洁 ， 泻水孔 、 伸缩缝堵塞 不 及时清理 。 导致晴天过车尘土飞扬 , 雨天桥面积水 , 车辆过桥时泥浆四溅 ， 而且会引起伸缩装置失灵而产生变形损坏。 桥面、 引道路面与桥衔接处不够平整 ， 桥接坡下沉 ，导致桥头跳车 , 行车不顺畅 , 降低了行车质量 , 增加桥梁构件的疲劳， 影响桥梁的使用寿命。 桥栏杆残缺不齐和不及时修复 。造成栏杆残缺的原因很多 , 如行驶车辆交通事故撞坏 , 人为破坏 , 栏杆残缺。虽然不影响车辆运行 , 但行驶在桥上的车辆行人缺乏安全感 , 降低交通安全舒适水平。 桥梁构件损坏不及时维修 。桥梁投入运营后 , 由于施工中出现的变位 、 沉陷空洞、裂缝等毛病 , 在日常养护中没有及时修补 , 造成混凝土剥落、钢筋外露锈蚀、活动支座失去活动能力等 , 这类毛病不及时处理可能酿成大病。 桥梁巡查不够、桥况不明 。对桥梁不进行定期检查检验 , 导致桥梁病害状况及发展过程不清楚；技术资料不及时归档会导致桥梁资料不全、桥梁技术状况不清楚。 2.1 目前城市桥梁管养存在的主要问题 管理模式和手段落后 管理问题 养护资金不足 , 资源 分配缺乏科学决策 专业技术水平不高 管养权属不明 桥梁信息管理混乱 桥梁管理部门仍停留在落后的管理模式和管理手段上 , 缺少科学的指导思想、系统的检测评价方法。桥梁的养护管理主要根据对桥梁状况的定性了解和工程师的经验来进行。 桥梁的养护资金往往不足以完成所有桥梁的维修处治需求 , 资源分配方面缺乏客观的评判标准和科学的决策手段 , 仅仅凭主观判断来分配。 决策过程中由于受经验的限制 , 缺乏对桥梁缺损种类及其程度的定量掌握 , 经常导致桥梁养护及维修方案的不合理 , 最终使桥梁总体状况迅速恶化。 桥梁管理和养 护方面专业技术人 员的缺乏 , 阻碍了 桥梁养护管理水平 的提高。 各级领导的重视下虽加大了对城市道路上桥梁的监管力度 , 但还有部分桥梁由于管养区域划分没有明确界定导致桥梁设施的权属单位和管养单位不明确。 由于技术资料不及时归档，造成桥梁资料不全、桥梁技术状况不清楚等，同时平时疏于对桥梁的养护和信息的管理，没有桥梁运行情况的第一手资料，对桥梁的运行情况，病害发展情况不了解，资料混乱，不能对桥梁的真实情况作出客观合理的结论。 2.2 城市桥梁常见病害 城市桥梁 交通荷载、环境侵蚀、偶然事故等 引起桥梁整体 或组成 部件，在强度、刚度等方面的损坏 。 影响桥梁结构在正常使用条件下的安全性和耐久性。 城市桥梁常见病害 上部结构病害 下部结构病害 2.2.1 上部结构主要病害 （ 1 ） 栏杆破损、残缺 栏杆、扶手混凝土脱落、露筋、钢构件锈蚀 , 有的甚至被人为破坏。虽然此种危害对通车并不造成妨碍 , 但它直接影响桥梁外观 , 而且这种潜在的危害会对行车、 行人安全留下极大的隐患。 2.2 城市桥梁常见病害 东莞市景湖湾畔某人行桥 （ 2 ）拉索、吊杆防护层破损导致内部钢丝锈蚀 拉索、吊杆是斜拉桥、悬索桥等的主要受力构件，对桥梁的结构安全和实用寿命具有直接的重要影响。 2.2 .1 上部结构主要病害 （ 3 ） 桥面铺装存在坑槽、网裂、贯通裂缝 严重影响行车舒适性 , 同时 , 由于桥面坑槽的存在 , 车辆行驶时造成的跳车现象将使桥梁结构的动态位移增大 , 影响桥梁结构的使用性能。 2.2 .1 上部结构主要病害 武汉市青化桥桥面严重破损钢筋裸露在外 （ 4 ）过往车辆严重超载，桥面出现裂缝，引发桥面倾斜，受到严重损害。 2.2 .1 上部结构主要病害 （ 5 ） 伸缩缝钢板变形、断裂 , 胶条破损、脱落；伸缩缝两侧桥面铺装破碎；伸缩缝内沉积物阻塞 。 导致伸缩缝丧失伸缩作用。 2.2 .1 上部结构主要病害 伸缩缝病害 （ 6 ） 桥面铺装排水不畅造成上部结构渗（漏）水、侵蚀桥梁结构。 2.2 .1 上部结构主要病害 大连市东联路某立交桥漏水 （ 7 ） 防撞墙混凝土破损、 露筋，防撞功能下降。 上海虹翟高架防撞墙外侧混凝土脱落 （ 8 ）箱梁开裂。 有沿箱梁腹板两侧竖向或斜 45° 方向的，有沿翼缘板底部或悬臂板端部纵向的，有沿顶、底板预应力束方向的或发生在腹板与顶、底板交接处以及齿板或横隔板（孔洞周围）某些局部位置的裂缝等。 2.2 .1 上部结构主要病害 2.2 .1 上部结构主要病害 （ 9 ）箱梁底板蜂窝、麻面，钢筋外露。 2.2.2 下部结构主要病害 （ 1 ） 支座 ： a) 支座钢底板锈蚀； b) 脱空、不均匀支撑； c) 支座变形过大； d) 橡胶老化、开裂； e) 支座移位、偏压； f) 支座下混凝土局部承压破坏等。 2.2 城市桥梁常见病害 不锈钢板缺失、生锈 支座变形、脱空 支座移位、偏压 （ 2 ） 墩、台身： 对于钢筋混凝土墩、台身，常见的病害是由于混凝土冻涨引起的混凝土剥落、 露筋；对于浆切块石墩、台身，常见的病害是砌缝砂浆风化，内部空洞造成的墩、台身裂缝。另外，墩、台身基础发生不均匀沉降，墩、台身厚度偏小，加之混凝土或砌体砌筑质量不高，台后水平推力大，产生横向通缝及错台；台身侧墙受水平土压力，会出现竖向裂缝。 2.2 .2 下部结构主要病害 （ 3 ） 基础破坏： 桥梁基础分 浅基础 、 深基础 与 沉井基础 。 浅基础 容易受水流冲刷而被掏空，容易受冻害影响，容易产生滑移或倾斜，受到地震的剪切作用时有可能产生裂缝。 深基础 在打桩时，桩身破碎，或者桩身开裂，容易受到水的侵蚀。 沉井基础 的病害主要是发生地基不均匀沉降和基础产生滑移，倾斜。 2.2 .2 下部结构主要病害 2.3 城市桥梁管养措施 （ 1 ） 设立专业检查队伍， 提高检查人员业务素质 城市公路桥梁 管理部门应设立专门机构，有工程师负责桥梁养护工作，加强人才队伍培养。 目前，桥梁的养护队伍素质参差不齐，养护技术落后 ， 对一些问题并不能妥善解决，养护缺乏专业性。 管理部门要针对这种情况，一方面要通过引进专业的人才提高养护队伍的质量 ； 另一方面要加强对养护工人的培养， 不断引进新技术，定期进行学习。 桥梁养护工作必须贯彻 “预防为主，防治结合” 的方针，采取 经常保养 与 综合维修 相结合的方式。 2.3 城市桥梁管养措施 （ 2 ） 正确评价桥梁运行状况， 制定养护方案 对于桥梁中的裂缝要分情况处理，对于细小裂缝可采用灌浆修补即可，对于一些数量多或者发展较快的裂缝 ， 要进行加固处理，可采用体外预应力和碳纤维加固组合方案来加固。 要根据高等级公路桥梁养护检查的结果，对桥梁技术状况做出科学客观的评价，据此来制定桥梁养护方案。 对出现钢筋锈蚀的部位要清除锈蚀区域的混凝土，然后对钢筋进行除锈处理，最后浇筑混凝土。 2.3 城市桥梁管养措施 （ 3 ） “三检” 相结合， 加大桥梁养护投入 定期检查是按规定周期对桥梁的主 体 结构进行全面检查， 根据检查结果，对其中可能存在的严重问题组织专项检查 ， 以确定修补方案。 “三检” 即经常检查、 定期检查和专项检查相结合， 经常检查主要是对桥面设施和桥台附属构造的技术状况进行日常检查。 检查的效果和仪器设备有着直接关系，应确保桥梁养护的资金到位， 及时更新设备， 提倡采用新工艺。 2.3 城市桥梁管养措施 （ 4 ） 加强桥梁检测信息化管理 通过对桥梁基本数据、检测数据进行系统分析 ， 对桥梁的状态进行科学评估、结构退化预测，得到维护对策和计划。 桥梁管理系统主要针对特定的地区或国家、特定路线 、 某种类型桥梁群体分析的计算机信息系统。 桥梁管理系统综合分析技术、经济、社会和政治等方面的因素，运用现代计算机技术，寻求桥梁养护管理中最优的决策方案，需求经济和技术效益最大化。 3 、 桥梁管养相关规范 中美桥梁管养规范 3.1 3.2 国内桥梁养护规范比较 从美国桥梁检测、 加固类规范的发展历史来看，在每次桥梁倒塌后，都会促使针对现有体系的不足加以改进。因此，经过若干年的发展，美国的桥梁养护规范体系有很多值得我国借鉴的地方，其规范比较如 下 表所示。 3.1 中美桥梁管养规范 项　　目 美　　国 我国交通系统 桥梁检测 《国家桥梁检测规范》 《公路桥涵养护规范》 《检测人员参考手册》 桥梁评估 《桥梁评估手册》 《公路桥涵养护规范》 《桥梁状况评估及荷载抗力系数法评定手册》 《检测人员参考手册》 《公路旧桥承载力鉴定方法》 《结构档案与鉴定的编码指南》 养护与 维修加固 《道路桥梁养护手册》 《公路桥涵养护规范》 专门维修加固设计可使用 AASHTO 桥梁设计规范 《公路桥梁加固设计规范》 《公路桥梁加固施工技术规范》 公路规范和城市规范对检测类别划分的出发点、层次基本一致，且规定各类别检测的深度、内容也基本相同。而城市规范在定期检测中明确提出了结构定期检测的概念，结构定期检测在桥梁检测当中是非常有必要的，特别是对于特殊结构桥梁如斜拉桥、悬索桥和特大型桥梁如立交、高架桥，针对这些特殊、复杂而且特别重要的结构不仅要定期的评定其技术，还应定期的评定其结构的材料缺损状况和承载能力，以保证该类桥梁的运营安全。 3.2 国内桥梁养护规范比较 （ 1 ） 检测类别及内容划分比较 目前，国内关于桥梁检测的规范主要有交通部 2004 年颁布实施的 《公路桥涵养护规范》 （ JTG H11-2004 ）（以下简称“公路规范”）和建设部 2004 年颁布实施的 《城市桥梁养护技术规范》 （ CJJ 99-2003 ）（以下简称“城市规范”）。 公路规范 城市规范 异同点 经常检查 经常性检查 检查内容尚未明确，检查内容和深度相当 定期检查 常规定期检测 城市规范将定期检测分为常规定期检测和结构定期检测。城市规范的常规定期检测与公路规范的定期检查的工作内容、深度相当，但检查、检测的频率不同，城市桥梁规定为至少一年一次，公路规范规定至少三年一次。城市规范的结构定期检测是指按照一定的检测频率对桥梁结构的材料缺损状况等进行检测，必要时，还需进行荷载试验，鉴定桥梁承载能力。 结构定期检测 特殊检查 特殊检测 检测内容、深度相当，均要求对桥梁的材料缺损状况和承载能力做出评定。但公路规范的特殊检查还包含防灾能力鉴定。 3.2 国内桥梁养护规范比较 3.2 国内桥梁养护规范比较 （ 2 ） 桥梁等级分类、状态和养护状态比较 公路规范 城市规范 等级 状态 相应对策 等级 状态 相应对策 一类 完好 正常保养 A 级 完好 日常保养 二类 较好 小修 B 级 良好 日常保养、小修 三类 较差 中修 C 级 合格 保养、小修 四类 很差 大修或改造 D 级 不合格 中修或大修 五类 危险 改建或重建 E 级 危险 大修、加固、改建 公路规范和城市规范对桥梁等级分类及其相应的状态和养护对策详细对比见下表。 管养工作效力概念模型 4.1 4.2 管养工作策略优化 4 、 桥梁管养工作效力及策略优化 开展养护、检查、检测、监测等管养工作的目的 2 、验证桥梁在役过程中可能病害是否出现及其程度。 3 、验证桥梁在役过程的环境作用和荷载作用与设计假定的吻合程度。 1 、保证桥梁及其构件按设计预定的退化模式退化和维持退化规律有序。 4.1 管养工作概念模型 （ 1 ）构件在正常养护条件下将按一定的退化规律发生性能退化过程。 如果实际养护水平不能达到正常养护水平，构件性能退化规律可能发生变化，性能退化过程可能加速，如右图 a 所示。 4.1 管养工作概念模型 （ 3 ）从寿命周期成本优化的角度考虑，预防性维修是在构件性能达到最低要求之前，开展维修工作，恢复部分性能并改善构件的退化规律，以期通过较小的维修代价获得较好的维修效果，如右图所示。 4.1 管养工作概念模型 （ 4 ）更换则完全将构件的性能恢复到初始状态，如果更换构件与构件相同，则将重复原有的退化过程；如果选用不同的构件，则可能遵循其新的退化规律，如左图所示。对于易损构件可以考虑多次更换过程，以达到寿命成本最优。 4.1 管养工作概念模型 4.2 管养工作策略优化 管养工作重要的内容是 对各种管养工作进行总体安排、统筹规划 。 管养工作策略优化的难题是 如何考虑桥梁在役过程中可能出现的各种不确定性 。 不 确 定 性 桥梁性能 桥梁管养工作 管养成本预期 (1) 构件可能受到的侵蚀因素种类及强度； (2) 可能出现的病害及程度； (3) 构件性能退化过程 ( 规律 ) 及其退化过程在实际运营条件下的变异性； (4) 构件在役过程中经历的荷载条件。 (1) 实施的养护工作与预期频率与效果的吻合程度； (2) 检查结果的正确性与可信程度； (3) 维修工作的效率及维修后的性能退化特性； (4) 更换构件的工作性能与退化特性； (5) 管养 ( 主要是监测、检测、维修 ) 新技术的发展和应用。 (1) 直接成本 ( 如人工费、材料价格 ) 等的变化； (2) 间接成本 ( 如绕行成本、环境成本 ) 等价格和计算方法的改变； (3) 使用要求改变造成的管养工作要求 ( 内容、频率 ) 的改变。 管养工作 策略优化 （ 3 ）这些管养工作实施的频率 ( 周期 ) 或启动的时机。 （ 2 ）对于具体的管养工程类型，应选择何种具体实施方法。 4.2 管养工作策略优化 （ 1 ）寿命过程中应实施哪些种类管养工作 ( 养护、检测、监测、维修、更换等 ) 。 （ 4 ）管养工作期望的效力。 管养工作策 略优化目标 满足寿命周期内的性能指标要求 降低寿命周期综合成本 总体看来，管养工作是综合优化过程，需要结合具体工程和桥梁的实际情况进行，而优化的方法根据实际具备的条件等来确定。 4.2 管养工作策略优化 谢 谢！ 袁 万 城 通讯地址： 上海市四平路 1239 号同济大学桥梁馆 409 室 邮 编： 200092 Email ： yuan@tongji.edu.cn