現(xiàn)代橋梁工程技術(shù)的發(fā)展52

現(xiàn)代橋梁工程程技術(shù)的發(fā)展展一、設(shè)計計算算理論的發(fā)展展四、橋梁發(fā)展展存在的技術(shù)術(shù)問題二、施工技術(shù)術(shù)的發(fā)展三、運營管理理與維護(hù)的發(fā)發(fā)展1.1由手手算向電算的的發(fā)展手算的特點：：①較高的力學(xué)學(xué)素質(zhì)修養(yǎng)②細(xì)心的工作作作風(fēng)③吃苦耐勞的的精神電算的特點：：①基本力學(xué)素素質(zhì)修養(yǎng)②熟練的計算算機(jī)操作能力力③結(jié)果評價能能力電算促進(jìn)了橋橋梁學(xué)科的發(fā)發(fā)展。目前，手算向向電算的轉(zhuǎn)變變已經(jīng)完成。。例如斜拉橋疏疏索體系與密密索體系湛江海灣大橋橋夷陵長江大橋橋香港汲水門大大橋臺灣高平溪大大橋1.2由簡化向全結(jié)結(jié)構(gòu)仿真發(fā)展展傳統(tǒng)分析方法法：①將結(jié)構(gòu)簡化化為幾個平面面進(jìn)行分析，，忽略了結(jié)構(gòu)構(gòu)的空間作用用。例如鐵路鋼橫橫梁簡化為主主桁、上下平平縱聯(lián)、橋門門架等。②連接和邊界界條件的高度度簡化。如理想鉸，忽忽略了連接的的剛度。支承承條件與實際際不符。③彈性材料假假設(shè)。不考慮材料的的非線性性質(zhì)質(zhì)。④小變形假設(shè)設(shè)?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)多為為大跨、輕柔柔，其幾何非非線性影響很很大，必須考考慮。⑤簡化荷載。。1.3由線線性向非線性性分析轉(zhuǎn)化由傳統(tǒng)的線彈彈性小變形向向：①幾何何非線線性：：大位位移、、大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動、、大變變形②材料料非線線性：：金屬屬、混混凝土土、巖巖石等等③接觸觸非線線性：：如支支承以及上上述組組合的的多重重非線線性。。尤其是是一些些施工工結(jié)構(gòu)構(gòu)，非非線性性性質(zhì)質(zhì)更加加突出出，但但因?qū)賹倥R時時結(jié)構(gòu)構(gòu)，所所以問問題不不嚴(yán)重重。1.4由由靜力力向動動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化橋梁設(shè)設(shè)計正正由靜靜力向向動力力發(fā)展展，體體現(xiàn)在在：①地震震問題題②風(fēng)振振問題題③車橋橋耦合合振動動④地基基—結(jié)結(jié)構(gòu)——車輛輛振動動以上問問題成成為當(dāng)當(dāng)前的的熱點點問題題和糊涂問題。。與結(jié)構(gòu)構(gòu)向大大跨、、輕柔柔、重重載、、高速速等有有關(guān)。1.5試驗驗環(huán)節(jié)節(jié)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變①靜載試試驗：：●大比比例尺尺全橋橋模型型試驗驗●實橋橋試驗驗②動力力試驗驗：●風(fēng)洞洞試驗驗●振動動臺模模型試試驗●實橋橋動力力試驗驗③疲勞勞試驗驗全結(jié)構(gòu)仿仿真分分析全結(jié)構(gòu)構(gòu)仿真真分析析基本本不考考慮人人為假假設(shè)條條件，，可建建立完完整、、統(tǒng)一一的整整座結(jié)結(jié)構(gòu)分分析體體系，，在該該體系系下構(gòu)構(gòu)造整整個結(jié)結(jié)構(gòu)所所有承承載構(gòu)構(gòu)件的的組合合力學(xué)學(xué)模型型。摒摒棄了了多年年來結(jié)結(jié)構(gòu)計計算所所采用用的假假設(shè)條條件，，該模模型可可準(zhǔn)確確模擬擬構(gòu)件件的空空間位位置、、尺寸寸、材材料特特性、、連接接形式式、荷荷載作作用、、初始始內(nèi)力力和初初始變變形等等，在在此基基礎(chǔ)上上進(jìn)行行大規(guī)規(guī)模的的全結(jié)結(jié)構(gòu)效效應(yīng)分分析計計算，，由此此得到到更加加詳盡盡、精精確和和可靠靠的分分析結(jié)結(jié)果。。(1)力學(xué)學(xué)模型型全結(jié)構(gòu)構(gòu)仿真真分析析采用用統(tǒng)一一結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析體系系的力力學(xué)模模型，，由此此區(qū)別別于劃劃分體體系、、層次次、平平面或或構(gòu)件件，先先分別別計算算，再再進(jìn)行行疊加加組合合的傳傳統(tǒng)計計算。。通常常建立立3D力學(xué)模模型，，采用用合適適的單單元類類型和和材料料特性性。如濟(jì)南南黃河河斜拉拉橋模模型。。(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)連接接全結(jié)構(gòu)構(gòu)仿真真分析析的力力學(xué)模模型精精確模模擬結(jié)結(jié)構(gòu)的的實際際連接接，由由此區(qū)區(qū)別于于傳統(tǒng)統(tǒng)計算算因線線單元元節(jié)點點連接接而不不能考考慮連連接的的真實實構(gòu)成成。(3)部件件模擬擬傳統(tǒng)計計算常常常不不能考考慮如如箱形形結(jié)構(gòu)構(gòu)的隔隔板(縱向向隔板板和橫橫向隔隔板)、加加勁肋肋等構(gòu)構(gòu)件，，難以以考慮慮二次次效應(yīng)應(yīng)影響響(包包括橫橫截面面畸變變、局局部屈屈曲和和剪力力滯后后等)，而而全結(jié)結(jié)構(gòu)仿仿真分分析則則能夠夠真實實模擬擬所有有這些些受力力部件件，較較好地地解決決這一一問題題。(4)加載載模型型全結(jié)構(gòu)構(gòu)仿真真分析析無需需用簡簡化荷荷載模模型，，而可可以采采用包包括模模擬橋橋面車車輪荷荷載在在內(nèi)的的準(zhǔn)確確加載載模型型，由由此可可以用用于結(jié)結(jié)構(gòu)的的準(zhǔn)確確計算算和檢檢算。。(5)材料料特性性全結(jié)構(gòu)構(gòu)仿真真分析析可考考慮材材料的的非線線性性性質(zhì)，，可進(jìn)進(jìn)行幾幾何非非線性性、材材料非非線性性和雙雙非線線性分分析，，以區(qū)區(qū)別于于傳統(tǒng)統(tǒng)的彈彈性分分析方方法。。尤其其是混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)，可可采用用現(xiàn)場場實測測的混混凝土土本構(gòu)構(gòu)關(guān)系系和收收縮徐徐變規(guī)規(guī)律，，也可可采用用來源源于大大量實實測的的本構(gòu)構(gòu)關(guān)系系和收收縮徐徐變規(guī)規(guī)律等等。(6)分分析計計算全結(jié)構(gòu)構(gòu)仿真真分析析模型型詳盡盡、復(fù)復(fù)雜，，計算算工作作量浩浩大，，計算算軟硬硬件要要求高高。一一般可可用大大型商商用程程序為為核心心，再再進(jìn)行行必要要的二二次開開發(fā)，，實現(xiàn)現(xiàn)全結(jié)結(jié)構(gòu)仿仿真分分析。。因為為這些些大型型商用用程序序單元元庫全全面、、材料料類型型豐富富、圖圖形用用戶界界面便便捷，，可以以勝任任大型型結(jié)構(gòu)構(gòu)的仿仿真分分析任任務(wù)，，如ANSYS、ADINA、SAP2000等。2.1大大型深深水基基礎(chǔ)施施工技技術(shù)①大直徑管管樁②②大型型圍堰堰③大直直徑鉆鉆孔樁樁④④大型型沉井井2.2無無支架架施工工技術(shù)術(shù)①懸臂澆澆筑②②懸臂臂拼裝裝③纜索索吊裝裝④④轉(zhuǎn)體體施工工2.3大大型施施工設(shè)設(shè)備①大型起起重機(jī)機(jī)②②架架橋機(jī)機(jī)③造橋橋機(jī)④④大大型鉆鉆機(jī)⑤打樁樁機(jī)2.4精精確的的制造造或預(yù)預(yù)制技技術(shù)①鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)制造造②②混混凝土土節(jié)段段或構(gòu)構(gòu)建預(yù)預(yù)制2.5施施工控控制技技術(shù)①施工工預(yù)測測②施工工監(jiān)測測③誤差差分析析與識識別④模型型修正正及再再預(yù)測測3.1橋橋梁長長期健健康診診斷技技術(shù)大型混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的服服役期期長達(dá)達(dá)幾十十年甚甚至上上百年年，因因傳統(tǒng)統(tǒng)方法法和技技術(shù)不不能及及時對對結(jié)構(gòu)構(gòu)狀況況進(jìn)行行監(jiān)測測和評評估，，重大大災(zāi)難難性事事故累累有發(fā)發(fā)生，，造成成了巨巨大的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)損失失和社社會影影響。。近年來來，國國內(nèi)外外大型型結(jié)構(gòu)構(gòu)垮塌塌事件件頻繁繁發(fā)生生。2001年11月7日宜賓金沙江南門大橋垮塌。該橋使用十年未曾檢測一次，根本不知該橋的健康狀況,后因吊桿嚴(yán)重銹蝕引起突然斷裂，造成橋面垮塌。2004年9月8日成溫公路三渡水大橋垮塌2004年6月10日遼寧盤錦田莊臺大橋垮塌。

本橋僅二十八年的服役，長期超載造成一定的損傷積累，因沒有實施監(jiān)測，無法評定損傷程度，在偶然超載時引發(fā)垮塌。2004年5月23日法國戴高樂機(jī)場候機(jī)大廳垮塌據(jù)統(tǒng)計計:★近年年來，，國內(nèi)內(nèi)外重重大建建筑坍坍塌120多起起★僅前前20起，，死亡亡人數(shù)數(shù)達(dá)1648人人(不包包括類類似911的恐恐怖破破壞)★僅韓韓國三三豐大大廈一一次死死亡就就多達(dá)達(dá)458人人這些建建筑物物垮塌塌造成成無法法估量量的經(jīng)經(jīng)濟(jì)損損失和和人民民生命命財產(chǎn)產(chǎn)損失失，其其社會會影響響特別別巨大大。因此，，對結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行長長期健健康監(jiān)監(jiān)測，，“時時時””掌握握結(jié)構(gòu)構(gòu)的健健康狀狀態(tài)，，避免免發(fā)生生重大大災(zāi)難難性事事故是是非常常必要要的，，也是是工程程界和和各國國政府府急需需解決決的重重點和和難點點問題題。技術(shù)問題題①監(jiān)測目的的與監(jiān)測測系統(tǒng)設(shè)設(shè)計原則則②監(jiān)測內(nèi)容容和測點點優(yōu)化布布置③監(jiān)測儀儀器設(shè)備備④信息采采集與處處理⑤數(shù)據(jù)分分析與利利用⑥健康診診斷(損損傷識別別和狀態(tài)態(tài)評估)⑦康復(fù)技技術(shù)3.2既既有橋橋梁評估估與加固固技術(shù)●既有(在役、、舊)橋橋梁無損損檢測①紅外熱熱像儀功能與特特點：檢檢測溫度度及溫度度場分布布，通過過材料表表面的熱熱傳導(dǎo)過程分分析,得得出不均均勻性和和結(jié)構(gòu)缺缺陷的資資料。溫度測量量范圍從從-40～2000℃℃、熱靈靈敏度高高達(dá)0.03°°。②地面透視視雷達(dá)功能與特特點：用用于路面面、橋面面板、隧隧道、混混凝土、、鋼筋保保護(hù)層等等檢測。。地質(zhì)環(huán)境境檢測隧道襯砌砌檢測管線位置置檢測美國紐約約Penetradar公司/③超聲波波與磁分分析儀超聲檢測測儀可測測試以下下參數(shù)：：*混凝凝土的均均一性*凹坑坑、裂縫縫、火燒燒或霜凍凍后引起起的缺陷陷*彈性性模量*混凝凝土的強(qiáng)強(qiáng)度英國PUNDIT產(chǎn)品精精度：±±0.1MPa瑞士PROCEQ公司TICO混凝土檢檢測儀鋼筋混凝凝土測試試儀：確確定混凝凝土中鋼鋼筋的位位置和走走向，測測量鋼筋筋上混凝凝土覆層層厚度，，自動測測量鋼筋筋的直徑徑。深度測量量0～150mm，鋼筋直徑徑4～50mm；；測量誤差差厚度度±1(1mm+2%讀數(shù))；；鋼筋直直徑±1*混凝土土材料力力學(xué)參數(shù)數(shù)測試；；*結(jié)構(gòu)混混凝土強(qiáng)強(qiáng)度及缺缺陷監(jiān)測測；*裂縫深深度檢測測；*表面損損傷層厚厚度檢測測*聲波透透射法監(jiān)監(jiān)測基樁樁完整性性；采用感應(yīng)應(yīng)磁場，，用于表表面和近近表面缺缺陷的檢檢測，發(fā)發(fā)現(xiàn)材料料缺陷。。焊接裂紋紋、疲勞勞裂紋等等檢測。。④裂紋熱熱像探測測儀主要有：：日本TVS－－2000、TVS－－100美國PM－250瑞典AGA－－THV510、550、、570●橋梁評評估①承載能力力評估②使用性性能評估估③耐久性性評估●橋梁加固固①加固技術(shù)術(shù)②加固材材料③加固工工藝①荷載試試驗法：：包括靜靜載試驗驗和動載載試驗兩兩種?！耢o載試試驗法：：通過在在橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)上施施加與設(shè)設(shè)計荷載載或使用用荷載基基本相當(dāng)當(dāng)?shù)耐廨d載，測試試橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的控控制部位位與控制制截面在在荷載作作用下的的應(yīng)變、、撓度變變形、裂裂縫及開開展情況況、橫向向分布系系數(shù)、墩墩臺變形形等特性性變化，，將測試試結(jié)果與與結(jié)構(gòu)理理論計算算值及規(guī)規(guī)范的允允許值作作比較，，從而評評定出既既有橋梁梁的承載載能力。?！駝虞d試試驗法：：通過橋橋上汽車車的跑車車、跳車車、剎車車動載激激振，測測試橋梁梁結(jié)構(gòu)上上各控制制部位的的頻率、、振幅、、阻尼及及沖擊系系數(shù)等動動態(tài)參數(shù)數(shù)，分析析這些測測試結(jié)果果并與相相應(yīng)的計計算值相相比較，，進(jìn)而評評定承載載能力。。②以實橋橋缺陷的的經(jīng)驗評評定法通過結(jié)構(gòu)構(gòu)一系列列缺陷與與病害觀觀測，與與以往經(jīng)經(jīng)驗的判判斷分析析和有關(guān)關(guān)規(guī)范的的對照比比較來評評定承載載能力的的大小。。我國公路路部門對對雙曲拱拱橋這種種橋式，，總結(jié)出出了用缺缺陷評定定承載能能力的初初步方法法。一般地講講，這種種評定方方法必須須針對每每一種橋橋式做出出相應(yīng)的的評定指指標(biāo)。并并且需要要大量的的經(jīng)驗和和試驗來來說明評評定指標(biāo)標(biāo)的可行行性。③實物調(diào)調(diào)查比較較法：由實際交交通情況況來鑒定定橋梁承承載能力力的動態(tài)態(tài)求法。。具體作法法是：對對被鑒定定橋梁進(jìn)進(jìn)行長期期的觀測測，根據(jù)據(jù)橋梁通通過的車車輛荷載載，并測測定車輛輛通過時時橋梁各各主要部部位的撓撓度、應(yīng)應(yīng)變、應(yīng)應(yīng)力、裂裂縫開展展情況等等數(shù)據(jù)。。然后，，對這些些數(shù)據(jù)（（車輛種種類、載載重及其其對應(yīng)的的撓度、、應(yīng)變、、應(yīng)力等等）進(jìn)行行系統(tǒng)分分析，從從而得出出橋梁可可以承受受的荷載載等級。。該法與實實際情況況比較符符合，評評定出的的承載能能力與實實橋很接接近。但但是，由由于其工工作量太太大，耗耗時太長長，在實實際中應(yīng)應(yīng)用尚存存在一些些困難。。④基于專專家經(jīng)驗驗的方法法：典型代表表是特爾爾菲法，，它是通通過無記記名方式式，函詢詢各專家家的意見見，經(jīng)過過多次的的反饋和和處理，，取得一一致的結(jié)結(jié)論。專專家系統(tǒng)統(tǒng)評定方方法就是是利用具具有相當(dāng)當(dāng)于專家家知識和和經(jīng)驗水水平的計計算機(jī)系系統(tǒng)對橋橋梁進(jìn)行行評定。。國內(nèi)外對對于專家家系統(tǒng)在在橋梁評評定中的的應(yīng)用做做了很多多研究，，開發(fā)了了一些比比較成功功的專家家系統(tǒng)。。如：日日本京都都大學(xué)和和大阪大大學(xué)開發(fā)發(fā)的“鋼鋼筋混凝凝土損傷傷評定專專家系統(tǒng)統(tǒng)”。我我國同濟(jì)濟(jì)大學(xué)開開發(fā)的““橋梁安安全性與與耐久性性評定的的神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)專家家系統(tǒng)””。將此此法用于于橋梁評評定或作作為評定定的輔助助手段，，是有可可能的。。⑤分析計計算法：：是國內(nèi)外外評定橋橋梁承載載能力的的主要方方法。●經(jīng)驗系系數(shù)法：：經(jīng)驗系系數(shù)法是是以橋梁梁原有設(shè)設(shè)計荷載載等級為為基礎(chǔ)，，同時考考慮各種種影響因因素，折折算求出出橋梁承承載能力力的方法法。關(guān)鍵是各各種系數(shù)數(shù)較難確確定，故故此法采采用的不不多。●近似公公式法：：以驗算算橋梁主主要受力力構(gòu)件斷斷面尺寸寸評定的的方法。。該法簡單單、方便便，但是是只能用用于初步步估計橋橋梁的承承載能力力。其缺缺點是不不能考慮慮橋梁的的缺陷，，也就是是說該法法對既有有橋梁的的實際承承載能力力無法評評定?！裨O(shè)計理理論計算算法：設(shè)設(shè)計理論論法主要要是根據(jù)據(jù)實測材材料性能能、結(jié)構(gòu)構(gòu)幾何尺尺寸、支支撐條件件、外觀觀缺陷及及通行荷荷載，按按照橋梁梁結(jié)構(gòu)的的設(shè)計理理論來評評定承載載能力。。通常以以“鑒定定系數(shù)””來評定定承載能能力，實實際上按按照規(guī)范范方法的的再計算算。●非線性性理論法法：根據(jù)據(jù)橋梁的的損傷狀狀態(tài)，綜綜合考慮慮幾何非非線性和和材料非非線性性性質(zhì)，在在進(jìn)行合合理而又又系統(tǒng)的的計算之之后，對對其承載載能力做做出比較較切合實實際的評評定。比比較精確確，大有有前途的的，不足足之處是是該法比比較復(fù)雜雜，無論論是在理理論上還還是在操操作上，，相對于于前述的的各種方方法都困困難。⑥基于結(jié)結(jié)構(gòu)可靠靠度理論論的方法法：可靠度用用于橋梁梁結(jié)構(gòu)體體系的研研究還不不成熟，，因此，，對既有有橋梁的的承載能能力和正正常使用用可靠度度研究難難度較大大，雖然然在理論論上是可可行的，，實際操操作時困困難重重重。特別別是橋梁梁的時變變可靠度度研究，，未知參參數(shù)更多多，目前前還未有有切實有有效的分分析方法法可供使使用，有有待研究究。①外粘鋼鋼板加固固技術(shù)：：運用高強(qiáng)強(qiáng)建筑結(jié)結(jié)構(gòu)膠將將鋼板粘粘貼于混混凝土構(gòu)構(gòu)件的外外表面，，補(bǔ)充構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部部的配筋筋不足，，以達(dá)到到加固補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)的目目的?？蓜雍杉蛹庸獭⒖箍拐鸺庸坦?、鋼結(jié)結(jié)構(gòu)加固固、混凝凝土梁端端部錨固固等?！丁痘炷镣两Y(jié)構(gòu)加加固技術(shù)術(shù)規(guī)范》》（CECS25：：90））②外粘纖維維布加固固技術(shù)：：纖維布具具有強(qiáng)度度高、重重量輕、、耐腐蝕蝕和抗疲疲勞等優(yōu)優(yōu)異物理理學(xué)性能能,以及及良好的的粘合性性和廣泛泛的適用用性，用用碳纖維維布取代代鋼板加加固混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)是近幾幾年來國國際上興興起的一一門新技技術(shù)?！丁短祭w維維片材加加固混凝凝士結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)規(guī)規(guī)程》。。③柱外包包粘鋼加加固技術(shù)術(shù)：將角鋼、、鋼板箍箍通過膠膠栓和灌灌注高強(qiáng)強(qiáng)無機(jī)粘粘結(jié)材料料與原混混凝土柱柱可靠地地連結(jié)成成一個整整體，該該方法在在新增角角鋼截面面提高柱柱子承載載力的同同時，還還因新增增鋼板箍箍的橫向向約束作作用，因因而可以以大幅度度提高柱柱子的承承載力。。④植筋技技術(shù)：將鋼筋植植入混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，相當(dāng)當(dāng)于結(jié)構(gòu)構(gòu)體加上上了預(yù)埋埋鋼構(gòu)件件。植筋筋用WSJ建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)膠抗腐腐蝕、耐耐老化、、粘結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大大于混凝凝土強(qiáng)度度?？稍谠跀U(kuò)大基基礎(chǔ)、加加層改造造、新老老混凝土土連接中中植筋。。⑤微細(xì)裂裂縫灌漿漿技術(shù)：：對結(jié)構(gòu)中中出現(xiàn)縫縫寬>0.05mm的裂縫，，可以灌灌漿密實實，灌漿漿后的混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)可完完全恢復(fù)復(fù)其整體體性，再再受破壞壞時，新新的裂縫縫將不在在原裂縫縫斷面。。⑥深層裂裂縫灌漿漿技術(shù)：：對結(jié)構(gòu)中中出現(xiàn)的的內(nèi)部深深層裂縫縫進(jìn)行灌灌漿補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)處理與與滲透水水止漏，，恢復(fù)結(jié)結(jié)構(gòu)整體體性。目目前灌漿漿處理中中最深裂裂縫達(dá)2m。⑦混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)防腐腐技術(shù)：：采用浸入入型混凝凝土防護(hù)護(hù)涂料，，浸入碳碳化層，，固化成成一個高高強(qiáng)防護(hù)護(hù)層，能能有效地地防護(hù)混混凝土。。對混凝凝土表面面保護(hù)層層剝落、、箍筋、、主筋都都銹斷的的嚴(yán)重腐腐蝕結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行加加固與重重防腐有有良好的的可靠性性與耐久久性。⑧新老混混凝土界界面連接接：將WSI界面粘結(jié)結(jié)劑涂刷刷在經(jīng)過過處理的的老結(jié)構(gòu)構(gòu)外表面面，可使使后澆的的表層新新混凝土土凝固后后在界面面形成牢牢固的粘粘結(jié)。該該項技術(shù)術(shù)在必要要時可與與植筋錨錨固技術(shù)術(shù)聯(lián)合使使用，效效果更好好。3.3數(shù)數(shù)字化化橋梁管管理系統(tǒng)統(tǒng)橋梁管理理是指主管管部門轄