长大桥梁关键构件与数字化综合管养

长大桥梁关键构件与数字化综合管养第一页，共73页。目录CONTENTS04~11我国公路桥梁管养现状Part113~43长大桥梁关键构件Part245~51数字化综合管养Part353~58数字化综合管养新模式Part4Part560~69数字化综合管养新技术2第二页，共73页。我国公路桥梁管养现状13第三页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状1.1建设成就

进入21世纪，中国桥梁建设进入了一个全面发展的阶段，建成了数以百计的大跨度桥梁。东海大桥杭州湾大桥舟山连岛大桥胶州湾大桥4第四页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状1.2发展概述国内趋势发展阶段公路养护日益受到国家的重视。交通主管部门对服役桥梁检测与维修加固的重视程度正在逐步提高，但随着我国大量特大型桥梁的建成和使用，桥梁养护技术水平、养护能力和投入略显不足。因此，从资源节约、环境友好等国家发展要求来看，桥梁病害诊治和养护管理都需要加大力度、增加投入。我国正处于由低收入国家向中等收入国家迈进的重要阶段。国际经验表明，这一时期是公路发展由建设向养护逐步转移的重要时期。而作为公路重要的组成部分，每年需要维修加固的桥梁数量，约占公路路网桥梁总数的15％。5第五页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状在重视新建的同时，没能同样重视后期养护管理，除少数重要桥梁外，大量的桥梁在过去一段时间里处在管养力度不足的状态，全国范围的桥梁状况堪忧。什么是“五类桥”：即技术状况处于危险状态，部分重要构件出现严重缺损，桥梁承载能力明显降低并危及桥梁安全。病桥数量众多总体病害多我国公路桥梁特点0102截至2006年，全国病害桥梁超过10万座其中危桥6282座，这些桥梁均属于五类桥1.3管养现状6第六页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状近年桥梁垮塌事件福建：武夷山公馆大桥四川：宜宾小南门桥新疆：库尔勒孔雀河大桥四川：攀枝花金沙江大桥7第七页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状近年桥梁垮塌事件浙江：杭州钱塘江三桥黑龙江：哈尔滨阳明滩大桥引桥辽宁：盘锦田庄台大桥北京：怀柔宝山寺大桥8第八页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状部分现有桥梁的现状堪忧，造成大量病害桥梁的主要成因有：5.缺乏有效的管养机制2.九十年代到本世纪初，桥梁建设起飞时期，大量大跨度复杂桥梁建成，但行业整体设计、施工水平发展相对滞后，而且在那一阶段，优化也比较盛行，同时耐久性设计也没有引起重视3.桥梁运营阶段的养护重要性认识不足对桥梁病害产生的基础研究不够4.超载、超限车难以控制1.建国初期修建的大量桥梁，建设标准低，耐久性考虑不足，并且年久失修病害9第九页，共73页。01对长大桥梁养护技术的研究不系统，特殊病害关注和研究不足02对长大桥梁病害产生的机理认识不深，针对性处置技术和方法研究不深，手段单一03部分没被评为五类的桥梁在一定程度上也存在垮塌风险04桥梁养护和管理需要引入新技术和新手段，适应管养需求一、我国公路桥梁管养现状我国的桥梁管养现状，从行业角度看：10第十页，共73页。一、我国公路桥梁管养现状我国的桥梁管养现状，从从业单位角度看：负责任有水平1、部分桥梁的养护针对性不强；2、针对养护的专项设计还处在起步阶段；3、检测、养护和维修从业单位的水平不均衡；4、技术水平高又负责任的企业偏少，部分企业过分追求自身利益。追求自身利益11第十一页，共73页。长大桥梁关键构件212第十二页，共73页。二、长大桥梁关键构件-定义Q&A：如何定义长大桥梁“关键构件”？通过调研国内不同类型公路桥梁病害情况，结合国内数座长大桥梁维修加固工程积累的实际施工经验，我们认为：易产生病害且影响结构安全和通行安全的构件是关键构件，也是长大桥梁管养单位在管养过程中应着重关注的结构部位。我们将结合国内桥梁发展及管养现状，从桥梁维修和管养的角度向大家介绍长大桥梁关键构件，提出一些我们发现的国内长大桥梁管养中存在的常见问题，供大家探讨。13第十三页，共73页。二、长大桥梁关键构件-桥型分类桥型分类缆索体系桥钢管拱桥梁式桥1.钢桁梁桥2.连续梁桥3.连续刚构桥4.T构挂梁桥5.空心板梁桥各种桥型都要按规定进行经常检查、定期检查和特殊检查。1.斜拉桥2.悬索桥14第十四页，共73页。2.1斜拉桥15第十五页，共73页。二、长大桥梁关键构件-斜拉桥2.1.1结构特点斜拉桥是一种主梁（加劲梁）受压（密索）或受弯（稀索）为主，支承体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。斜拉桥的上部结构由梁、塔、索三类构件组成。斜拉桥通常按照功能、梁体材料、塔的数量、索的布置以及主梁的机构体系等进行分类，例如双塔双索面混凝土斜拉桥等。16第十六页，共73页。二、长大桥梁关键构件-斜拉桥2.1.2关键构件梁索塔斜拉桥17第十七页，共73页。

斜拉索的病害，主要是PE破损、钢丝锈蚀、索导管积水、锚头锈蚀等。二、长大桥梁关键构件-斜拉桥2.1.3养护重点1索体、防护套、锚头腐蚀腐蚀：氧化、水、电化电位、持续作用于高强钢丝的拉应力等因素都会引起斜拉索钢丝腐蚀疲劳；雨水顺斜拉索流下使锚固处受雨水浸蚀,锚杯的构造使得水汽易进难出，也容易引起斜拉索的锈蚀。18第十八页，共73页。二、长大桥梁关键构件-斜拉桥2.1.3养护重点-腐蚀19第十九页，共73页。二、长大桥梁关键构件-斜拉桥2.1.3养护重点

对于预应力混凝土主梁，开裂和下挠是其主要病害，梁的下挠同时也与塔有关，塔、梁收缩徐变产生下挠，同时也导致主梁开裂，斜拉索索力也会重新分布。

再一个是斜拉桥这种大型结构的大型伸缩缝，往往也是病害多发的部位。2上锚固区、主梁、主塔裂缝20第二十页，共73页。二、长大桥梁关键构件-斜拉桥裂缝：分为结构性裂缝和非结构性裂缝。结构性裂缝一般规律性比较明显，主梁跨中及支座处的裂缝，以及桥塔上横梁处的裂缝主要是结构裂缝。其余位置处的裂缝主要是非结构裂缝。如：环境侵蚀、铺装层厚度不足等腐蚀破坏造成的裂缝，和由于底板混凝土拉应力超过其抗拉强度造成的底板横向裂缝等。2.1.3养护重点21第二十一页，共73页。2.2悬索桥22第二十二页，共73页。二、长大桥梁关键构件-悬索桥2.2.1结构特点悬索桥，就是指以悬索为主要承重结构的桥。其主要构造是缆、塔、锚、吊索及桥面，一般还有加劲梁。其受力特点是荷载由吊索传至缆，再传至锚墩，传力途径简捷、明确。悬索桥是大跨桥梁的主要形式，因其主要杆件受拉力，材料利用效率最高，更由于近代悬索桥的主缆采用高强钢丝，使其能比其他形式的桥梁更能经济合理地修建大跨度桥。23第二十三页，共73页。二、长大桥梁关键构件-悬索桥索塔吊索鞍座主缆加劲梁2.2.2关键构件24第二十四页，共73页。二、长大桥梁关键构件-悬索桥2.2.3养护重点1主缆线形变化、腐蚀及断丝线形变化：由于主缆松弛及载重量的改变，会导致主缆线形的变化，这种变化积累到一定程度会影响使用功能和美观。腐蚀及断丝：主缆腐蚀的原因是在施工过程中侵入雨水的滞留以及在运营过程中防护的损伤。25第二十五页，共73页。二、长大桥梁关键构件-悬索桥2.2.3养护重点1吊索腐蚀、断丝腐蚀及断丝：多为环境影响，如雨水渗入或安装过程中防腐层受损，严重时由于振动疲劳综合作用，引发断索事故。26第二十六页，共73页。二、长大桥梁关键构件-悬索桥2.2.3养护重点1索夹滑移索夹滑移：一是高强度拉杆的预应力松弛，使索夹与主缆的夹紧程度放松；二是在长期使用后主缆的挤紧程度提高,空隙率减小、使得索夹在主缆上产生滑移。滑移会改变吊索状态，同时划伤主缆缠丝，损坏防腐层，引起主缆损伤。锚具与索体间过渡段腐蚀：制锚过程需去除PE引起。锚碇滑移、开裂：主缆水平力作用、大体积混凝土须分层浇筑温度应力控制或养护不当导致。2锚具与索体间过渡段腐蚀3锚碇滑移、开裂27第二十七页，共73页。2.3钢管拱桥28第二十八页，共73页。二、长大桥梁关键构件-钢管拱桥2.3.1结构特点拱桥是指以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁。拱桥具有在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力的结构特点。钢管混凝土拱桥属于按拱肋材料分类的拱桥结构形式的一种。钢管混凝土拱桥通过向钢管内填充混凝土，利用钢管约束受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。29第二十九页，共73页。二、长大桥梁关键构件-钢管拱桥2.3.2关键构件一类：不带吊杆一类：带吊杆拱桥中承式或下承式拱桥：1.拱肋2.吊杆、系杆、横梁、

桥面板上承式拱桥：1.拱肋2.立柱钢管拱桥，最核心的是拱肋的安全30第三十页，共73页。二、长大桥梁关键构件-钢管拱桥2.3.3养护重点1拱肋管内混凝土空洞离析2短吊杆、系杆腐蚀疲劳损伤3下端预埋管积水31第三十一页，共73页。二、长大桥梁关键构件-钢管拱桥管内混凝土空洞离析：施工不当造成管内混凝土灌注不密实、混凝土收缩引起钢管与混凝土之间出现缝隙。2.3.3养护重点32第三十二页，共73页。二、长大桥梁关键构件-钢管拱桥2.3.3养护重点短吊杆、系杆疲劳损伤：在动态悬吊体系钢管拱桥中尤其应引起重视，疲劳和腐蚀相互影响，在桥梁荷载和风雨激振下，钢丝容易发生疲劳，如宜宾小南门桥、武夷山公馆大桥都是短吊杆出现问题而发生局部垮塌。33第三十三页，共73页。二、长大桥梁关键构件-钢管拱桥下端预埋管积水：防水罩失效、预埋管长度不够且低于桥面、冷凝水及防水措施不到位等。2.3.3养护重点34第三十四页，共73页。2.4梁式桥35第三十五页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥2.4.1结构特点2.连续梁桥3.连续刚构桥4.T构加挂梁桥5.空心板梁桥1.钢桁梁桥梁式桥两跨或两跨以上连续的梁桥墩梁固结的连续梁桥两T构间采用挂梁连接的梁桥空心板作为主梁结构的梁桥以钢桁架作为上部结构主要承重构件的梁桥36第三十六页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥2.4.2关键构件钢桁梁桥1.结构斜裂缝和预应力损失2.跨中下挠连续梁桥T构挂梁桥空心板梁桥牛腿病害单板效应1.托架稳定性2.疲劳和腐蚀37第三十七页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥1疲劳断裂3钢结构腐蚀4机械损伤2.4.3养护重点-钢桁梁桥2高栓延迟断裂38第三十八页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥疲劳断裂：在交变荷载下经过较长时间的工作而发生断裂的现象。高栓延迟断裂：承受的应力低于静载断裂强度，但由于应力腐蚀、疲劳、蠕变等方面的原因，经一段时间后发生的断裂。腐蚀：钢桥属暴露在野外环境中的钢结构，其表面与周围介质(水分、盐分等)极易发生化学及电化学作用，当涂层性能较差时，便会破坏涂层使钢铁产生锈蚀。机械损伤:机械损伤常发生在超限货物运输时对桥梁杆件的撞击，此外在桥梁制造架设过程中也可能发生损伤。2.4.3养护重点-钢桁梁桥39第三十九页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥2梁体裂缝、腐蚀破坏1主梁挠度过大2.4.3养护重点-连续梁桥和连续刚构桥主梁下挠：混凝土的收缩和徐变、刚度变化、纵向预应力有效性降低等。40第四十页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥1单板受力2支座脱空2.4.3养护重点-空心板梁桥单板受力：铰缝形式不合理、未考虑铰缝混凝土收缩作用及新旧混凝土间粘结力的弱化作用、钢筋布置过少、横隔板开裂、车辆超载等，还有一个以前不为人注意的原因，就是支座脱空导致单板受力。41第四十一页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥支座脱空：支座质量和安装问题导致受力不均，后期锈蚀和支座老化等。2.4.3养护重点-空心板梁桥42第四十二页，共73页。二、长大桥梁关键构件-梁式桥1墩台身倾斜、腐蚀破坏2基础冲空2.4.3养护重点-梁式桥下部结构墩台身倾斜、基础冲空：很多桥梁所在的河床下沉，桥墩受冲刷，很容易导致基础和桩基埋置深度不够，发生倾斜和垮塌。43第四十三页，共73页。数字化综合管养344第四十四页，共73页。三、数字化综合管养-概念Q&A：何谓“数字化综合管养”？数字化综合管养是我们针对国内目前桥梁数量多、管养技术基础力量相对薄弱的现状提供的一种基于“前端+后端”的桥梁数字化管养模式的路网级集中式专业化桥梁管养服务。

基于对长大桥梁关键构件病害及我国桥梁管养现状的分析研究，我们希望通过推广该服务能有效提升现有桥梁管养技术力量的利用效率，为改善目前国内桥梁管养体系提供一个契机。45第四十五页，共73页。三、数字化综合管养46第四十六页，共73页。三、数字化综合管养1、健康监测系统

健康监测系统是采用数字化手段24小时不间断采集桥梁关键结构参数，包括应变、温度、线形、索力、塔偏、动态特性、视频车载等。47第四十七页，共73页。三、数字化综合管养国内外行业规范调研国内规范国外规范国家标准《建筑与桥梁结构监测技术规范》国际标准化组织《基于动力试验和调查测量结果的桥梁力学振动评估》中国工程建设协会标准《结构健康监测系统设计标准》国际结构混凝土联合会《现有混凝土结构的监测和安全评估》地方标准《天津市桥梁结构健康监测系统技术规程》结构评估、监测与控制组织《结构健康监测指南F08b》地方标准《福建省城市桥梁健康监测系统设计标准》美国联邦公路管理局《重要桥梁健康监测指南的范例研究》地方标准《上海市桥梁结构监测系统技术规程》加拿大新型结构及智能监测研究机构《结构健康监测指南》48第四十八页，共73页。三、数字化综合管养多参数一体化桥梁监测系统精简传统监测系统采集监测系统采集49第四十九页，共73页。六、数字化综合管养新技术多参数一体化桥梁监测系统主机类型可接入传感器类型适用项目静态类挠度、梁端位移、倾角、lvdt位移计、拉绳位移计、风速风向、温湿度仅关注静态信号或某单项静态信号的监测项目动态类结构振动、拉索索力关注振动或索力的监测项目动静态类挠度、梁端位移、倾角、lvdt位移计、拉绳位移计、应变、风速风向、温湿度、结构振动、拉索索力监测内容全面的项目振弦类应力、裂缝、变形等振弦信号重点关注应力、裂缝发展的监测项目50第五十页，共73页。三、数字化综合管养2、桥梁电子化巡检系统

桥梁电子化巡检系统使桥梁的日常巡检实现了数字化，通过平板等智能终端实现巡检记录一键上传，大大减轻工作负担，提高桥梁巡检工作效率，为桥梁人工信息采集提供数字化、模块化技术，同时能提供桥梁巡检的后台支撑。同时人工巡检采集按需形成各类报表，归档保存，为桥梁日常养护管理及维修加固决策提供支持。桥梁电子化巡检系统桥梁巡检作业51第五十一页，共73页。三、数字化综合管养3、桥梁维护实时技术交互系统

桥梁维修养护实时技术交互系统实现对正在维修养护桥梁的技术交互、视频会议和现场监控。该系统实现公司管理层和技术专家对正在进行状态恢复的桥梁管养项目进行实时视频连接及远程信息交互，对桥梁结构状态恢复实现在线管控、技术指导和关键技术控制，使得企业领导层对所属项目实现全局把控，使桥梁结构状态恢复得到更高的技术支持。52第五十二页，共73页。三、数字化综合管养4、桥梁数字化维护记录数据库

桥梁数字化维护记录数据库可将实施过维修养护的桥梁进行集中管理并能延续桥梁的后续维护服务，数据库提供最全面的桥梁项目技术档案管理，包括在建桥梁项目实施过程中积累的技术资料、已建成桥梁项目的技术资料、维修记录、定期及日常检测记录、项目部人员组成及职责分工等信息。53第五十三页，共73页。数字化综合管养新模式454第五十四页，共73页。四、数字化综合管养新模式4.1现行养护管理模式-分散管养123桥梁特殊病害认识不清长大、特殊桥梁基数不断增大管养人员力量不足现行模式

技术力量以及监测设备有限，不能很好把握桥梁结构状况，定期与高校、科研单位、技术公司等建立短期的合作也是临时的、松散的，不具有系统性、成果以及经验的可继承性。55第五十五页，共73页。4.2新型养护管理模式-集中管养四、数字化综合管养新模式桥梁专家分析团队软件设备后端管养平台（桥梁数字化管养中心）前端管养平台（桥梁当地分中心）人工电子化巡检123桥梁A桥梁B桥梁C桥梁D.………+已安装健康监测系统桥梁互联网+桥梁56第五十六页，共73页。四、数字化综合管养新模式

桥梁数字化综合管养利用互联网技术（数字技术）和桥梁专业技术为建成后的桥梁开展全寿命期服务（管理和养护服务）。远程监测维修加固日常养护桥梁检测桥梁全寿命期服务链

从某种程度上来说，桥梁的全寿命期服务已与互联网密不可分。57第五十七页，共73页。四、数字化综合管养新模式

桥梁数字化综合管养是以桥梁养护技术服务、养护产品和维护服务（大型桥梁维修加固、中小型桥梁维修和保养服务）为依托的新型服务体系。桥梁维护服务是现代服务业的一个分支。58第五十八页，共73页。四、数字化综合管养新模式

桥梁数字化综合管养通过信息技术获取桥梁结构状态参数，用数字化的手段来处理、分析、管理和养护整个桥梁结构物，提供桥梁全寿命期的管理和维修养护服务，保障桥梁的结构安全及运营顺畅。

通过及时了解桥梁结构的运营安全状况，采用主动养护技术，从容进行桥梁结构的维护、养护，有效降低结构管理养护成本和提高结构物耐久性，通过维修加固和养护，延长结构使用寿命，从而延长了结构物更换和重建的周期，有效降低能源消耗，产生经济效益的同时，具有很大的社会效益，符合低碳、绿色和循环经济。59第五十九页，共73页。五、数字化综合管养新模式互联网+桥梁前端/后端

采用“互联网+桥梁”和前端/后端相结合的模式，提供桥梁管养相关技术服务、管养产品和管养服务为依托的新型服务体系，提供全方位的监管、诊断、管养、维修服务，延长桥梁寿命，建立桥梁生命档案，防控桥梁安全风险。60第六十页，共73页。数字化综合管养新技术561第六十一页，共73页。五、数字化综合管养新技术为什么用？人工太危险、太贵、太繁琐62第六十二页，共73页。五、数字化综合管养新技术1、

桥梁巡检直升机主要构成及特点

飞行系统

多旋翼系统，可靠稳定狭小的空间起飞易操控，培训时间短（1周）

飞行控制系统

GPS与姿态传感器混合响应快，悬停精度0.5m抗风能力强，12m/s

遥控图传系统

无线控制低延时遥控距离远，700m

云台摄影系统主动避震系统专业级摄影设备，1600W像素150mm长焦摄影，0.15mm裂缝63第六十三页，共73页。五、数字化综合管养新技术1、桥梁巡检直升机—性能指标1、轴距1100mm2、自重5.0kg3、负载6.0kg4、电池容量16AH，22.2V5、速度10m/s平飞，6m/s上升6、续航时间15分钟(3kg负载）7、无线传输700m（无遮挡）8、图像分辨率

320×240@30fps（可选装全高清图传）；4608×3456（静态影像）9、视场范围21°（120mm镜头），15°（150mm镜头）10、悬停精度

0.5m（风速低于12m/s）11、工作温度

0℃～40℃；64第六十四页，共73页。五、数字化综合管养新技术2、

桥梁爬墙机器人

吸附系统离心风机形成风压，吸附强能够吸附在粗糙、光滑表面

爬行定位系统轮式行走基于行走方向、距离的矢量定位，精确度高

远程控制系统

无线控制

1920*1080高清图像远距离传输一体化检测操作台

作业系统系统拍照、摄像涂装、检测等工作65第六十五页，共73页。五、数字化综合管养新技术2、

桥梁爬墙机器人—性能指标1、外形尺寸295×295×105mm2、自重8.0kg3、负载3.0kg4、负压3.6Kpa5、速度10m/min6、续航时间240分钟(混凝土表面典型值）7、无线传输700m（无遮挡）8、图像分辨率

1920×1080@30fps；4608×3456（静态影像）9、视场范围600×338mm（28mm镜头）10、定位精度

0.5m/100m（矢量定位）；20mm（测量机器人定位）11、吸附介质混凝土表面、钢结构表面、弧形钢结构或混凝土表面（R>1m)12、噪声直接测量65dB(1米距离测量)；隔单层封闭玻璃窗户1m测量13、工作温度－20℃～40℃；66第六十六页，共73页。五、数字化综合管养新技术3、

桥梁爬缆机器人

整体结构快速局部拆卸组装，简便独立的紧压电机，适合不同直径缆索

驱动系统轮式，四轮驱动履带式，越障能力强

远程控制系统

无线控制高清图像远距离传输专业软件无缝拼接全索图片

作业系统系统四台工业照相机，同步进行高分辨率静态图片拍摄识别微小损伤67第六十七页，共73页。五、数字化综合管养新技术1、外形尺寸

700mm×700mm×500mm2、自重30.0kg3、负