城市桥梁基础知识及管养现状与发展(二)城.ppt

主主 讲：讲： 袁袁 万万 城城 土木工程防灾国家重点实验室 中国，上海，同济大学 2011年11月5日 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Almuecar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 （2）当构件性能不 能满足要求时，应采 取维修、更换等管养 工作保证构件的工作 性能。 维修工作开展后 ，构件性能有一定提 高，但不可能恢复到 初始状态，并且维修 后的构件可能有其新 的退化规律，如左图 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