现代桥梁工程技术的发展52

现代桥梁工程程技术的发展展一、设计计算算理论的发展展四、桥梁发展展存在的技术术问题二、施工技术术的发展三、运营管理理与维护的发发展1.1由手手算向电算的的发展手算的特点：：①较高的力学学素质修养②细心的工作作作风③吃苦耐劳的的精神电算的特点：：①基本力学素素质修养②熟练的计算算机操作能力力③结果评价能能力电算促进了桥桥梁学科的发发展。目前，手算向向电算的转变变已经完成。。例如斜拉桥疏疏索体系与密密索体系湛江海湾大桥桥夷陵长江大桥桥香港汲水门大大桥台湾高平溪大大桥1.2由简化向全结结构仿真发展展传统分析方法法：①将结构简化化为几个平面面进行分析，，忽略了结构构的空间作用用。例如铁路钢横横梁简化为主主桁、上下平平纵联、桥门门架等。②连接和边界界条件的高度度简化。如理想铰，忽忽略了连接的的刚度。支承承条件与实际际不符。③弹性材料假假设。不考虑材料的的非线性性质质。④小变形假设设。现代结构多为为大跨、轻柔柔，其几何非非线性影响很很大，必须考考虑。⑤简化荷载。。1.3由线线性向非线性性分析转化由传统的线弹弹性小变形向向：①几何何非线线性：：大位位移、、大转转动、、大变变形②材料料非线线性：：金属属、混混凝土土、岩岩石等等③接触触非线线性：：如支支承以及上上述组组合的的多重重非线线性。。尤其是是一些些施工工结构构，非非线性性性质质更加加突出出，但但因属属临时时结构构，所所以问问题不不严重重。1.4由由静力力向动动力转转化桥梁设设计正正由静静力向向动力力发展展，体体现在在：①地震震问题题②风振振问题题③车桥桥耦合合振动动④地基基—结结构——车辆辆振动动以上问问题成成为当当前的的热点点问题题和糊涂问题。。与结构构向大大跨、、轻柔柔、重重载、、高速速等有有关。1.5试验验环节节的转转变①静载试试验：：●大比比例尺尺全桥桥模型型试验验●实桥桥试验验②动力力试验验：●风洞洞试验验●振动动台模模型试试验●实桥桥动力力试验验③疲劳劳试验验全结构仿仿真分分析全结构构仿真真分析析基本本不考考虑人人为假假设条条件，，可建建立完完整、、统一一的整整座结结构分分析体体系，，在该该体系系下构构造整整个结结构所所有承承载构构件的的组合合力学学模型型。摒摒弃了了多年年来结结构计计算所所采用用的假假设条条件，，该模模型可可准确确模拟拟构件件的空空间位位置、、尺寸寸、材材料特特性、、连接接形式式、荷荷载作作用、、初始始内力力和初初始变变形等等，在在此基基础上上进行行大规规模的的全结结构效效应分分析计计算，，由此此得到到更加加详尽尽、精精确和和可靠靠的分分析结结果。。(1)力学学模型型全结构构仿真真分析析采用用统一一结构构分析析体系系的力力学模模型，，由此此区别别于划划分体体系、、层次次、平平面或或构件件，先先分别别计算算，再再进行行叠加加组合合的传传统计计算。。通常常建立立3D力学模模型，，采用用合适适的单单元类类型和和材料料特性性。如济南南黄河河斜拉拉桥模模型。。(2)结构构连接接全结构构仿真真分析析的力力学模模型精精确模模拟结结构的的实际际连接接，由由此区区别于于传统统计算算因线线单元元节点点连接接而不不能考考虑连连接的的真实实构成成。(3)部件件模拟拟传统计计算常常常不不能考考虑如如箱形形结构构的隔隔板(纵向向隔板板和横横向隔隔板)、加加劲肋肋等构构件，，难以以考虑虑二次次效应应影响响(包包括横横截面面畸变变、局局部屈屈曲和和剪力力滞后后等)，而而全结结构仿仿真分分析则则能够够真实实模拟拟所有有这些些受力力部件件，较较好地地解决决这一一问题题。(4)加载载模型型全结构构仿真真分析析无需需用简简化荷荷载模模型，，而可可以采采用包包括模模拟桥桥面车车轮荷荷载在在内的的准确确加载载模型型，由由此可可以用用于结结构的的准确确计算算和检检算。。(5)材料料特性性全结构构仿真真分析析可考考虑材材料的的非线线性性性质，，可进进行几几何非非线性性、材材料非非线性性和双双非线线性分分析，，以区区别于于传统统的弹弹性分分析方方法。。尤其其是混混凝土土结构构，可可采用用现场场实测测的混混凝土土本构构关系系和收收缩徐徐变规规律，，也可可采用用来源源于大大量实实测的的本构构关系系和收收缩徐徐变规规律等等。(6)分分析计计算全结构构仿真真分析析模型型详尽尽、复复杂，，计算算工作作量浩浩大，，计算算软硬硬件要要求高高。一一般可可用大大型商商用程程序为为核心心，再再进行行必要要的二二次开开发，，实现现全结结构仿仿真分分析。。因为为这些些大型型商用用程序序单元元库全全面、、材料料类型型丰富富、图图形用用户界界面便便捷，，可以以胜任任大型型结构构的仿仿真分分析任任务，，如ANSYS、ADINA、SAP2000等。2.1大大型深深水基基础施施工技技术①大直径管管桩②②大型型围堰堰③大直直径钻钻孔桩桩④④大型型沉井井2.2无无支架架施工工技术术①悬臂浇浇筑②②悬臂臂拼装装③缆索索吊装装④④转体体施工工2.3大大型施施工设设备①大型起起重机机②②架架桥机机③造桥桥机④④大大型钻钻机⑤打桩桩机2.4精精确的的制造造或预预制技技术①钢结构构制造造②②混混凝土土节段段或构构建预预制2.5施施工控控制技技术①施工工预测测②施工工监测测③误差差分析析与识识别④模型型修正正及再再预测测3.1桥桥梁长长期健健康诊诊断技技术大型混混凝土土结构构的服服役期期长达达几十十年甚甚至上上百年年，因因传统统方法法和技技术不不能及及时对对结构构状况况进行行监测测和评评估，，重大大灾难难性事事故累累有发发生，，造成成了巨巨大的的经济济损失失和社社会影影响。。近年来来，国国内外外大型型结构构垮塌塌事件件频繁繁发生生。2001年11月7日宜宾金沙江南门大桥垮塌。该桥使用十年未曾检测一次，根本不知该桥的健康状况,后因吊杆严重锈蚀引起突然断裂，造成桥面垮塌。2004年9月8日成温公路三渡水大桥垮塌2004年6月10日辽宁盘锦田庄台大桥垮塌。

本桥仅二十八年的服役，长期超载造成一定的损伤积累，因没有实施监测，无法评定损伤程度，在偶然超载时引发垮塌。2004年5月23日法国戴高乐机场候机大厅垮塌据统计计:★近年年来，，国内内外重重大建建筑坍坍塌120多起起★仅前前20起，，死亡亡人数数达1648人人(不包包括类类似911的恐恐怖破破坏)★仅韩韩国三三丰大大厦一一次死死亡就就多达达458人人这些建建筑物物垮塌塌造成成无法法估量量的经经济损损失和和人民民生命命财产产损失失，其其社会会影响响特别别巨大大。因此，，对结结构进进行长长期健健康监监测，，“时时时””掌握握结构构的健健康状状态，，避免免发生生重大大灾难难性事事故是是非常常必要要的，，也是是工程程界和和各国国政府府急需需解决决的重重点和和难点点问题题。技术问题题①监测目的的与监测测系统设设计原则则②监测内容容和测点点优化布布置③监测仪仪器设备备④信息采采集与处处理⑤数据分分析与利利用⑥健康诊诊断(损损伤识别别和状态态评估)⑦康复技技术3.2既既有桥桥梁评估估与加固固技术●既有(在役、、旧)桥桥梁无损损检测①红外热热像仪功能与特特点：检检测温度度及温度度场分布布，通过过材料表表面的热热传导过程分分析,得得出不均均匀性和和结构缺缺陷的资资料。温度测量量范围从从-40～2000℃℃、热灵灵敏度高高达0.03°°。②地面透视视雷达功能与特特点：用用于路面面、桥面面板、隧隧道、混混凝土、、钢筋保保护层等等检测。。地质环境境检测隧道衬砌砌检测管线位置置检测美国纽约约Penetradar公司/③超声波波与磁分分析仪超声检测测仪可测测试以下下参数：：*混凝凝土的均均一性*凹坑坑、裂缝缝、火烧烧或霜冻冻后引起起的缺陷陷*弹性性模量*混凝凝土的强强度英国PUNDIT产品精精度：±±0.1MPa瑞士PROCEQ公司TICO混凝土检检测仪钢筋混凝凝土测试试仪：确确定混凝凝土中钢钢筋的位位置和走走向，测测量钢筋筋上混凝凝土覆层层厚度，，自动测测量钢筋筋的直径径。深度测量量0～150mm，钢筋直径径4～50mm；；测量误差差厚度度±1(1mm+2%读数)；；钢筋直直径±1*混凝土土材料力力学参数数测试；；*结构混混凝土强强度及缺缺陷监测测；*裂缝深深度检测测；*表面损损伤层厚厚度检测测*声波透透射法监监测基桩桩完整性性；采用感应应磁场，，用于表表面和近近表面缺缺陷的检检测，发发现材料料缺陷。。焊接裂纹纹、疲劳劳裂纹等等检测。。④裂纹热热像探测测仪主要有：：日本TVS－－2000、TVS－－100美国PM－250瑞典AGA－－THV510、550、、570●桥梁评评估①承载能力力评估②使用性性能评估估③耐久性性评估●桥梁加固固①加固技术术②加固材材料③加固工工艺①荷载试试验法：：包括静静载试验验和动载载试验两两种。●静载试试验法：：通过在在桥梁结结构上施施加与设设计荷载载或使用用荷载基基本相当当的外载载，测试试桥梁结结构的控控制部位位与控制制截面在在荷载作作用下的的应变、、挠度变变形、裂裂缝及开开展情况况、横向向分布系系数、墩墩台变形形等特性性变化，，将测试试结果与与结构理理论计算算值及规规范的允允许值作作比较，，从而评评定出既既有桥梁梁的承载载能力。。●动载试试验法：：通过桥桥上汽车车的跑车车、跳车车、刹车车动载激激振，测测试桥梁梁结构上上各控制制部位的的频率、、振幅、、阻尼及及冲击系系数等动动态参数数，分析析这些测测试结果果并与相相应的计计算值相相比较，，进而评评定承载载能力。。②以实桥桥缺陷的的经验评评定法通过结构构一系列列缺陷与与病害观观测，与与以往经经验的判判断分析析和有关关规范的的对照比比较来评评定承载载能力的的大小。。我国公路路部门对对双曲拱拱桥这种种桥式，，总结出出了用缺缺陷评定定承载能能力的初初步方法法。一般地讲讲，这种种评定方方法必须须针对每每一种桥桥式做出出相应的的评定指指标。并并且需要要大量的的经验和和试验来来说明评评定指标标的可行行性。③实物调调查比较较法：由实际交交通情况况来鉴定定桥梁承承载能力力的动态态求法。。具体作法法是：对对被鉴定定桥梁进进行长期期的观测测，根据据桥梁通通过的车车辆荷载载，并测测定车辆辆通过时时桥梁各各主要部部位的挠挠度、应应变、应应力、裂裂缝开展展情况等等数据。。然后，，对这些些数据（（车辆种种类、载载重及其其对应的的挠度、、应变、、应力等等）进行行系统分分析，从从而得出出桥梁可可以承受受的荷载载等级。。该法与实实际情况况比较符符合，评评定出的的承载能能力与实实桥很接接近。但但是，由由于其工工作量太太大，耗耗时太长长，在实实际中应应用尚存存在一些些困难。。④基于专专家经验验的方法法：典型代表表是特尔尔菲法，，它是通通过无记记名方式式，函询询各专家家的意见见，经过过多次的的反馈和和处理，，取得一一致的结结论。专专家系统统评定方方法就是是利用具具有相当当于专家家知识和和经验水水平的计计算机系系统对桥桥梁进行行评定。。国内外对对于专家家系统在在桥梁评评定中的的应用做做了很多多研究，，开发了了一些比比较成功功的专家家系统。。如：日日本京都都大学和和大阪大大学开发发的“钢钢筋混凝凝土损伤伤评定专专家系统统”。我我国同济济大学开开发的““桥梁安安全性与与耐久性性评定的的神经网网络专家家系统””。将此此法用于于桥梁评评定或作作为评定定的辅助助手段，，是有可可能的。。⑤分析计计算法：：是国内外外评定桥桥梁承载载能力的的主要方方法。●经验系系数法：：经验系系数法是是以桥梁梁原有设设计荷载载等级为为基础，，同时考考虑各种种影响因因素，折折算求出出桥梁承承载能力力的方法法。关键是各各种系数数较难确确定，故故此法采采用的不不多。●近似公公式法：：以验算算桥梁主主要受力力构件断断面尺寸寸评定的的方法。。该法简单单、方便便，但是是只能用用于初步步估计桥桥梁的承承载能力力。其缺缺点是不不能考虑虑桥梁的的缺陷，，也就是是说该法法对既有有桥梁的的实际承承载能力力无法评评定。●设计理理论计算算法：设设计理论论法主要要是根据据实测材材料性能能、结构构几何尺尺寸、支支撑条件件、外观观缺陷及及通行荷荷载，按按照桥梁梁结构的的设计理理论来评评定承载载能力。。通常以以“鉴定定系数””来评定定承载能能力，实实际上按按照规范范方法的的再计算算。●非线性性理论法法：根据据桥梁的的损伤状状态，综综合考虑虑几何非非线性和和材料非非线性性性质，在在进行合合理而又又系统的的计算之之后，对对其承载载能力做做出比较较切合实实际的评评定。比比较精确确，大有有前途的的，不足足之处是是该法比比较复杂杂，无论论是在理理论上还还是在操操作上，，相对于于前述的的各种方方法都困困难。⑥基于结结构可靠靠度理论论的方法法：可靠度用用于桥梁梁结构体体系的研研究还不不成熟，，因此，，对既有有桥梁的的承载能能力和正正常使用用可靠度度研究难难度较大大，虽然然在理论论上是可可行的，，实际操操作时困困难重重重。特别别是桥梁梁的时变变可靠度度研究，，未知参参数更多多，目前前还未有有切实有有效的分分析方法法可供使使用，有有待研究究。①外粘钢钢板加固固技术：：运用高强强建筑结结构胶将将钢板粘粘贴于混混凝土构构件的外外表面，，补充构构件内部部的配筋筋不足，，以达到到加固补补强的目目的。可动荷加加固、抗抗震加固固、钢结结构加固固、混凝凝土梁端端部锚固固等。《《混凝土土结构加加固技术术规范》》（CECS25：：90））②外粘纤维维布加固固技术：：纤维布具具有强度度高、重重量轻、、耐腐蚀蚀和抗疲疲劳等优优异物理理学性能能,以及及良好的的粘合性性和广泛泛的适用用性，用用碳纤维维布取代代钢板加加固混凝凝土结构构是近几几年来国国际上兴兴起的一一门新技技术。《《碳纤维维片材加加固混凝凝士结构构技术规规程》。。③柱外包包粘钢加加固技术术：将角钢、、钢板箍箍通过胶胶栓和灌灌注高强强无机粘粘结材料料与原混混凝土柱柱可靠地地连结成成一个整整体，该该方法在在新增角角钢截面面提高柱柱子承载载力的同同时，还还因新增增钢板箍箍的横向向约束作作用，因因而可以以大幅度度提高柱柱子的承承载力。。④植筋技技术：将钢筋植植入混凝凝土结构构，相当当于结构构体加上上了预埋埋钢构件件。植筋筋用WSJ建筑结构构胶抗腐腐蚀、耐耐老化、、粘结强强度远大大于混凝凝土强度度。可在在扩大基基础、加加层改造造、新老老混凝土土连接中中植筋。。⑤微细裂裂缝灌浆浆技术：：对结构中中出现缝缝宽>0.05mm的裂缝，，可以灌灌浆密实实，灌浆浆后的混混凝土结结构可完完全恢复复其整体体性，再再受破坏坏时，新新的裂缝缝将不在在原裂缝缝断面。。⑥深层裂裂缝灌浆浆技术：：对结构中中出现的的内部深深层裂缝缝进行灌灌浆补强强处理与与渗透水水止漏，，恢复结结构整体体性。目目前灌浆浆处理中中最深裂裂缝达2m。⑦混凝土结结构防腐腐技术：：采用浸入入型混凝凝土防护护涂料，，浸入碳碳化层，，固化成成一个高高强防护护层，能能有效地地防护混混凝土。。对混凝凝土表面面保护层层剥落、、箍筋、、主筋都都锈断的的严重腐腐蚀结构构进行加加固与重重防腐有有良好的的可靠性性与耐久久性。⑧新老混混凝土界界面连接接：将WSI界面粘结结剂涂刷刷在经过过处理的的老结构构外表面面，可使使后浇的的表层新新混凝土土凝固后后在界面面形成牢牢固的粘粘结。该该项技术术在必要要时可与与植筋锚锚固技术术联合使使用，效效果更好好。3.3数数字化化桥梁管管理系统统桥梁管理理是指主管管部门辖