城市橋梁基礎知識及管養(yǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展二城

1、,,主 講： 袁 萬 城,土木工程防災國家重點實驗室中國，上海，同濟大學2011年11月5日,城市橋梁基礎知識及管養(yǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展（二）城市橋梁管養(yǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展,主 要 內(nèi) 容,1、城市橋梁管養(yǎng)現(xiàn)狀,世界百年十大塌橋事故,1.1 城市橋梁管養(yǎng)現(xiàn)狀,受時代限制，設計荷載偏低，設計規(guī)范不完善,結構設計不合理，計算錯誤；施工圖不完善，施工材料受限制 。。。,,交通運輸任務日益繁重,交通碰撞、船撞事故，地震破壞，洪水

2、沖刷，日曬凍融，化學腐蝕，地基不均勻沉降。。。,,內(nèi)部因素,外部因素,城市橋梁,,,出現(xiàn)橋梁整體或組成部件在強度、剛度等方面的損壞。,給市民群眾的生命財產(chǎn)、交通安全帶來一定的威脅，給城市造成經(jīng)濟損失。,降低了使用壽命，影響橋梁結構在正常使用條件下的安全性和耐久性。,,美國《時代周刊》評出百年世界十大最惡劣塌橋事故，每次事故都是一個血的教訓，令人深思。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,事故1：加拿大魁北克大橋二度坍塌,事故時間：19

3、16年9月11日坍塌原因：由于設計上的缺陷，導致橋體實際承載量遠低于 設計承載量，并導致該橋兩度坍塌。首次坍塌 時間為1907年。死亡人數(shù)：95人,,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,1.2 世界百年十大塌橋事故,事故2：美國連接西佛羅里達州波因特普萊森特與俄亥俄州 Kanauga的吊橋發(fā)生坍塌,事

4、故時間： 1967年12月15日坍塌原因： 歷時39年的高負荷運作，使得該橋靠近俄亥俄州一面的一個鏈環(huán)不堪重負而斷裂。死亡人數(shù)： 46人。,,,事故3：美國堪薩斯州海厄特-雷根西飯店的高架人行橋突然斷裂,事故時間： 1981年7月17日坍塌原因： 當時橋上擠滿了人群，部分人們正在跳舞。建筑學家認為一個原因是跳舞的人們有節(jié)奏的振動引發(fā)人行橋結構斷裂，

5、另一個原因就是橋面人員過多，負荷過重。死亡人數(shù)： 114人。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故4：美國康涅狄格州格林威治鎮(zhèn)米勒斯大橋坍塌,事故時間： 1983年6月28日。坍塌原因： 橋體一個鐵栓發(fā)生松動造成。死亡人數(shù)： 3人。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故5：韓國首爾桑蘇大橋坍塌,事故時間： 1994年10

6、月21日坍塌原因： 大橋主干的支持鋼筋在上午上班高峰時間突然斷裂，瞬間塌入漢江。大橋在維護過程中出現(xiàn)的焊接失誤及大橋的設計缺陷和施工建筑期間的種種問題導致大橋坍塌。死亡人數(shù)： 31人。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故6：重慶市綦江縣虹橋坍塌,事故時間： 1999年1月4日。坍塌原因： 調(diào)查顯示建橋使用的鋼筋質(zhì)量有嚴重問題。死亡人數(shù)：

7、 49人。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故7：葡萄牙北部的Hintze-Ribeiro大橋坍塌,事故時間： 2001年3月4日坍塌原因： 引起該橋坍塌的原因至今仍未確定下來，然而葡萄牙法官判處該橋的設計單位在在安全設計方面存有缺陷。另可能是由于該橋年久失修而無法經(jīng)受連續(xù)幾日的暴雨而坍塌。死亡人數(shù)： 59人。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故8：印

8、度達曼西部沿海區(qū)域一座大橋坍塌,事故時間： 2003年8月28日坍塌原因： 當時事故發(fā)生后，當?shù)氐木用裨诳棺h中攻擊了政府建筑，警方還在當?shù)貙嵭辛讼．數(shù)鼐用裰肛熣鲆暣髽虼嬗邪踩[患的相關警告，具體坍塌原因不明。死亡人數(shù)： 25人。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故9：西班牙格蘭納達Almuñecar地區(qū)的高速公路橋坍塌,事故時間：2005年11月7日。

9、 死亡人數(shù)：6人。坍塌原因：跨徑為180英尺的橋面突然坍塌。,,1.2 世界百年十大塌橋事故,,事故10：印度比哈爾邦帕戈爾布爾火車站附近一座150年橋齡的舊橋坍塌,事故時間： 2006年12月2日坍塌原因： 這座已經(jīng)有著150年歷史的大橋年久失修，并在被拆毀過程中坍塌，地面一列火車被壓。死亡人數(shù)： 33人。,,

10、1.2 世界百年十大塌橋事故,橋梁是城市道路交通的咽喉，更是確保整個城市道路交通系統(tǒng)正常運營的關鍵。然而，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國的城市橋梁普遍存在著大量技術與管理方面的問題。,,1.3 管養(yǎng)工作的重要性與緊迫性,為了提高城市橋梁的技術狀況及人、車等的通行能力，使橋梁能時刻處于良好狀態(tài)，必須把城市橋梁的養(yǎng)護、檢查、檢測、監(jiān)測等管養(yǎng)工作做好，延長橋梁的使用年限，減少因橋梁損壞、垮塌等而帶來的交通事故，對保障市民生命財產(chǎn)安全 ，促進城市安

11、定和諧具有特別重要的意義。,關于城市中的橋梁管養(yǎng)問題，不僅成為公眾廣泛關注的話題，業(yè)已成為城市安全一個不容忽視的重大隱患。所以保障城市橋梁的完好暢通 ，進一步加強橋梁的管養(yǎng)水平已成為迫切需要。,,2、城市橋梁管養(yǎng)特點,城市橋梁常見病害,,橋梁建設從設計開始就考慮了該橋的使用壽命，但是建成后欲達到其目的，必須經(jīng)常通過養(yǎng)護達到其預期效果。,,2、城市橋梁管養(yǎng)特點,橋梁管理也是一項不可或缺的重要工作。養(yǎng)護與管理是一項工作的兩個方面，養(yǎng)護離不開

12、管理，管理是為了養(yǎng)護。,2.1 目前城市橋梁管養(yǎng)存在的主要問題,養(yǎng)護問題,目前, 市政養(yǎng)護管理單位普遍存在著養(yǎng)路不養(yǎng)橋, 重建不重養(yǎng)的思想, 造成了橋梁失養(yǎng)。,橋面不清潔，瀉水孔、伸縮縫堵塞不及時清理。導致晴天過車塵土飛揚,雨天橋面積水,車輛過橋時泥漿四濺，而且會引起伸縮裝置失靈而產(chǎn)生變形損壞。,,橋面、引道路面與橋銜接處不夠平整，橋接坡下沉，導致橋頭跳車, 行車不順暢, 降低了行車質(zhì)量, 增加橋梁構件的疲勞，影響橋梁的使用壽命

13、。,橋欄桿殘缺不齊和不及時修復。造成欄桿殘缺的原因很多,如行駛車輛交通事故撞壞,人為破壞,欄桿殘缺。雖然不影響車輛運行,但行駛在橋上的車輛行人缺乏安全感,降低交通安全舒適水平。,橋梁構件損壞不及時維修。橋梁投入運營后,由于施工中出現(xiàn)的變位、沉陷空洞、裂縫等毛病,在日常養(yǎng)護中沒有及時修補,造成混凝土剝落、鋼筋外露銹蝕、活動支座失去活動能力等,這類毛病不及時處理可能釀成大病。,橋梁巡查不夠、橋況不明。對橋梁不進行定期檢查檢驗, 導致橋梁病害

14、狀況及發(fā)展過程不清楚；技術資料不及時歸檔會導致橋梁資料不全、橋梁技術狀況不清楚。,2.1 目前城市橋梁管養(yǎng)存在的主要問題,管理模式和手段落后,管理問題,養(yǎng)護資金不足, 資源分配缺乏科學決策,專業(yè)技術水平不高,管養(yǎng)權屬不明,橋梁信息管理混亂,,,,,,,,2.2 城市橋梁常見病害,城市橋梁,交通荷載、環(huán)境侵蝕、偶然事故等,,引起橋梁整體或組成部件，在強度、剛度等方面的損壞。,,影響橋梁結構在正常使用條件下的安全性和耐久性。,城市橋

15、梁常見病害,上部結構病害,下部結構病害,,,,2.2.1 上部結構主要病害,（1）欄桿破損、殘缺 欄桿、扶手混凝土脫落、露筋、鋼構件銹蝕 ,有的甚至被人為破壞。雖然此種危害對通車并不造成妨礙 ,但它直接影響橋梁外觀 ,而且這種潛在的危害會對行車、 行人安全留下極大的隱患。,,2.2 城市橋梁常見病害,東莞市景湖灣畔某人行橋,,（2）拉索、吊桿防護層破損導致內(nèi)部鋼絲銹蝕 拉索、吊桿

16、是斜拉橋、懸索橋等的主要受力構件，對橋梁的結構安全和實用壽命具有直接的重要影響。,,2.2 .1 上部結構主要病害,,（3）橋面鋪裝存在坑槽、網(wǎng)裂、貫通裂縫 嚴重影響行車舒適性,同時,由于橋面坑槽的存在,車輛行駛時造成的跳車現(xiàn)象將使橋梁結構的動態(tài)位移增大,影響橋梁結構的使用性能。,,2.2 .1 上部結構主要病害,武漢市青化橋橋面嚴重破損鋼筋裸露在外,,（4）過往車輛嚴重超載，橋面出現(xiàn)裂縫，引發(fā)橋面傾斜，受到嚴重

17、損害。,,2.2 .1 上部結構主要病害,,（5）伸縮縫鋼板變形、斷裂, 膠條破損、脫落；伸縮縫兩側(cè)橋面鋪裝破碎；伸縮縫內(nèi)沉積物阻塞。導致伸縮縫喪失伸縮作用。,,2.2 .1 上部結構主要病害,伸縮縫病害,,（6）橋面鋪裝排水不暢造成上部結構滲（漏）水、侵蝕橋梁結構。,,2.2 .1 上部結構主要病害,大連市東聯(lián)路某立交橋漏水,（7）防撞墻混凝土破損、 露筋，防撞功能下降。,,上海虹翟高架防撞墻外側(cè)混凝土脫落,,（8）箱梁開

18、裂。 有沿箱梁腹板兩側(cè)豎向或斜45°方向的，有沿翼緣板底部或懸臂板端部縱向的，有沿頂、底板預應力束方向的或發(fā)生在腹板與頂、底板交接處以及齒板或橫隔板（孔洞周圍）某些局部位置的裂縫等。,,2.2 .1 上部結構主要病害,,,2.2 .1 上部結構主要病害,（9）箱梁底板蜂窩、麻面，鋼筋外露。,,,2.2.2 下部結構主要病害,（1）支座：a)支座鋼底板銹蝕；b)脫空、不均勻支撐；c) 支座變形過大；d)

19、 橡膠老化、開裂；e) 支座移位、偏壓；f)支座下混凝土局部承壓破壞等。,,2.2 城市橋梁常見病害,不銹鋼板缺失、生銹,支座變形、脫空,支座移位、偏壓,,（2）墩、臺身： 對于鋼筋混凝土墩、臺身，常見的病害是由于混凝土凍漲引起的混凝土剝落、 露筋；對于漿切塊石墩、臺身，常見的病害是砌縫砂漿風化，內(nèi)部空洞造成的墩、臺身裂縫。另外，墩、臺身基礎發(fā)生不均勻沉降，墩、臺身厚度偏小，加之混凝土或砌體砌筑質(zhì)量不高，臺后水平推力

20、大，產(chǎn)生橫向通縫及錯臺；臺身側(cè)墻受水平土壓力，會出現(xiàn)豎向裂縫。,,2.2 .2 下部結構主要病害,,（3）基礎破壞： 橋梁基礎分淺基礎、深基礎與沉井基礎。淺基礎容易受水流沖刷而被掏空，容易受凍害影響，容易產(chǎn)生滑移或傾斜，受到地震的剪切作用時有可能產(chǎn)生裂縫。深基礎在打樁時，樁身破碎，或者樁身開裂，容易受到水的侵蝕。沉井基礎的病害主要是發(fā)生地基不均勻沉降和基礎產(chǎn)生滑移，傾斜。,,2.2 .2 下部結構主要病害,,2.

21、3 城市橋梁管養(yǎng)措施,（1）設立專業(yè)檢查隊伍， 提高檢查人員業(yè)務素質(zhì),城市公路橋梁管理部門應設立專門機構，有工程師負責橋梁養(yǎng)護工作，加強人才隊伍培養(yǎng)。,目前，橋梁的養(yǎng)護隊伍素質(zhì)參差不齊，養(yǎng)護技術落后，對一些問題并不能妥善解決，養(yǎng)護缺乏專業(yè)性。,管理部門要針對這種情況，一方面要通過引進專業(yè)的人才提高養(yǎng)護隊伍的質(zhì)量；另一方面要加強對養(yǎng)護工人的培養(yǎng)， 不斷引進新技術，定期進行學習。,橋梁養(yǎng)護工作必須貫徹“預防為主，防治結合”的方針，采取

22、經(jīng)常保養(yǎng)與綜合維修相結合的方式。,,2.3 城市橋梁管養(yǎng)措施,（2）正確評價橋梁運行狀況， 制定養(yǎng)護方案,對于橋梁中的裂縫要分情況處理，對于細小裂縫可采用灌漿修補即可，對于一些數(shù)量多或者發(fā)展較快的裂縫，要進行加固處理，可采用體外預應力和碳纖維加固組合方案來加固。,要根據(jù)高等級公路橋梁養(yǎng)護檢查的結果，對橋梁技術狀況做出科學客觀的評價，據(jù)此來制定橋梁養(yǎng)護方案。,對出現(xiàn)鋼筋銹蝕的部位要清除銹蝕區(qū)域的混凝土，然后對鋼筋進行除銹處理，最后澆

23、筑混凝土。,,2.3 城市橋梁管養(yǎng)措施,（3）“三檢” 相結合， 加大橋梁養(yǎng)護投入,定期檢查是按規(guī)定周期對橋梁的主體結構進行全面檢查， 根據(jù)檢查結果，對其中可能存在的嚴重問題組織專項檢查，以確定修補方案。,“三檢” 即經(jīng)常檢查、 定期檢查和專項檢查相結合， 經(jīng)常檢查主要是對橋面設施和橋臺附屬構造的技術狀況進行日常檢查。,檢查的效果和儀器設備有著直接關系，應確保橋梁養(yǎng)護的資金到位， 及時更新設備， 提倡采用新工藝。,,2.3

24、城市橋梁管養(yǎng)措施,（4）加強橋梁檢測信息化管理,通過對橋梁基本數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，對橋梁的狀態(tài)進行科學評估、結構退化預測，得到維護對策和計劃。,橋梁管理系統(tǒng)主要針對特定的地區(qū)或國家、特定路線、某種類型橋梁群體分析的計算機信息系統(tǒng)。,橋梁管理系統(tǒng)綜合分析技術、經(jīng)濟、社會和政治等方面的因素，運用現(xiàn)代計算機技術，尋求橋梁養(yǎng)護管理中最優(yōu)的決策方案，需求經(jīng)濟和技術效益最大化。,,3、橋梁管養(yǎng)相關規(guī)范,國內(nèi)橋梁養(yǎng)護規(guī)范比較,,從美國橋梁檢測

25、、 加固類規(guī)范的發(fā)展歷史來看，在每次橋梁倒塌后，都會促使針對現(xiàn)有體系的不足加以改進。因此，經(jīng)過若干年的發(fā)展，美國的橋梁養(yǎng)護規(guī)范體系有很多值得我國借鑒的地方，其規(guī)范比較如下表所示。,,3.1 中美橋梁管養(yǎng)規(guī)范,公路規(guī)范和城市規(guī)范對檢測類別劃分的出發(fā)點、層次基本一致，且規(guī)定各類別檢測的深度、內(nèi)容也基本相同。而城市規(guī)范在定期檢測中明確提出了結構定期檢測的概念，結構定期檢測在橋梁檢測當中是非常有必要的，特別是對于特殊結構橋梁如斜拉橋、懸索

26、橋和特大型橋梁如立交、高架橋，針對這些特殊、復雜而且特別重要的結構不僅要定期的評定其技術，還應定期的評定其結構的材料缺損狀況和承載能力，以保證該類橋梁的運營安全。,,3.2 國內(nèi)橋梁養(yǎng)護規(guī)范比較,（1）檢測類別及內(nèi)容劃分比較,目前，國內(nèi)關于橋梁檢測的規(guī)范主要有交通部2004年頒布實施的《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11-2004）（以下簡稱“公路規(guī)范”）和建設部2004年頒布實施的《城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ 99-2003）

27、（以下簡稱“城市規(guī)范”）。,,,3.2 國內(nèi)橋梁養(yǎng)護規(guī)范比較,,3.2 國內(nèi)橋梁養(yǎng)護規(guī)范比較,（2）橋梁等級分類、狀態(tài)和養(yǎng)護狀態(tài)比較,,公路規(guī)范和城市規(guī)范對橋梁等級分類及其相應的狀態(tài)和養(yǎng)護對策詳細對比見下表。,,管養(yǎng)工作策略優(yōu)化,4、橋梁管養(yǎng)工作效力及策略優(yōu)化,,開展養(yǎng)護、檢查、檢測、監(jiān)測等管養(yǎng)工作的目的,2、驗證橋梁在役過程中可能病害是否出現(xiàn)及其程度。,3、驗證橋梁在役過程的環(huán)境作用和荷載作用與設計假定的吻合程度。,1、保證橋

28、梁及其構件按設計預定的退化模式退化和維持退化規(guī)律有序。,4.1 管養(yǎng)工作概念模型,,（1）構件在正常養(yǎng)護條件下將按一定的退化規(guī)律發(fā)生性能退化過程。 如果實際養(yǎng)護水平不能達到正常養(yǎng)護水平，構件性能退化規(guī)律可能發(fā)生變化，性能退化過程可能加速，如右圖a所示。,,4.1 管養(yǎng)工作概念模型,,（3）從壽命周期成本優(yōu)化的角度考慮，預防性維修是在構件性能達到最低要求之前，開展維修工作，恢復部分性能并改善構件的退化規(guī)律，以期通過

29、較小的維修代價獲得較好的維修效果，如右圖所示。,,4.1 管養(yǎng)工作概念模型,,（4）更換則完全將構件的性能恢復到初始狀態(tài)，如果更換構件與構件相同，則將重復原有的退化過程；如果選用不同的構件，則可能遵循其新的退化規(guī)律，如左圖所示。對于易損構件可以考慮多次更換過程，以達到壽命成本最優(yōu)。,,4.1 管養(yǎng)工作概念模型,,4.2 管養(yǎng)工作策略優(yōu)化,管養(yǎng)工作重要的內(nèi)容是對各種管養(yǎng)工作進行總體安排、統(tǒng)籌規(guī)劃。 管養(yǎng)工作策略

30、優(yōu)化的難題是如何考慮橋梁在役過程中可能出現(xiàn)的各種不確定性。,不確定性,橋梁性能,橋梁管養(yǎng)工作,管養(yǎng)成本預期,(1)構件可能受到的侵蝕因素種類及強度；(2)可能出現(xiàn)的病害及程度；(3)構件性能退化過程(規(guī)律)及其退化過程在實際運營條件下的變異性；(4)構件在役過程中經(jīng)歷的荷載條件。,(1)實施的養(yǎng)護工作與預期頻率與效果的吻合程度；(2)檢查結果的正確性與可信程度；(3)維修工作的效率及維修后的性能退化特性；(4)更換構件的工作性能與

31、退化特性；(5)管養(yǎng)(主要是監(jiān)測、檢測、維修)新技術的發(fā)展和應用。,(1)直接成本(如人工費、材料價格)等的變化；(2)間接成本(如繞行成本、環(huán)境成本)等價格和計算方法的改變；(3)使用要求改變造成的管養(yǎng)工作要求(內(nèi)容、頻率)的改變。,,,,,,管養(yǎng)工作策略優(yōu)化,（3）這些管養(yǎng)工作實施的頻率(周期)或啟動的時機。,（2）對于具體的管養(yǎng)工程類型，應選擇何種具體實施方法。,4.2 管養(yǎng)工作策略優(yōu)化,（1）壽命過程中應實施哪些種類管養(yǎng)

32、工作(養(yǎng)護、檢測、監(jiān)測、維修、更換等)。,（4）管養(yǎng)工作期望的效力。,,管養(yǎng)工作策略優(yōu)化目標,滿足壽命周期內(nèi)的性能指標要求,降低壽命周期綜合成本,,總體看來，管養(yǎng)工作是綜合優(yōu)化過程，需要結合具體工程和橋梁的實際情況進行，而優(yōu)化的方法根據(jù)實際具備的條件等來確定。,4.2 管養(yǎng)工作策略優(yōu)化,謝 謝！,袁 萬 城通訊地址：上海市四平路1239號同濟大學橋梁館409室郵 編：200092 Email：yu