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陈艾荣教授满怀憧憬地说道

2019-12-14 13:11

邵新鹏告诉记者,我国有些海港、桥梁工程,在正常使用后十几年甚至几年就开始修复,远没有达到设计使用年限的要求。造成桥梁过早劣化的原因可以归纳为三点,一是设计阶段对桥梁服役环境的严酷性以及结构材料功能退化的规律认识不足,防腐蚀技术措施选用不当;二是施工阶段没有采取有效保障结构耐久性的施工工艺和技术措施;三是运营阶段没有实时评估桥梁结构的耐久性状态并及时采取相应的维护措施。

据山东高速青岛公路有限公司研究员邵新鹏介绍,青岛海湾大桥受环保、通航、航空、气候、水文、地形和地质结构条件的制约,建设条件复杂、工程技术难度大。根据目前国内外桥梁的服役状态,地处冰冻海域的青岛海湾大桥不仅要延缓由氯盐侵入导致的钢筋腐蚀,还要防止混凝土在自然冻融循环条件下的过快劣化。因此,综合考虑大桥的结构型式和设计使用年限、材料劣化规律、防腐措施的有效性等方面,通过系统深入的研究,科学、合理的大桥长寿命运营管养技术方案最终被确定下来。

桥梁寿命周期:设计赋予其生命

大跨径桥梁结构健康监测系统是对桥梁服役期间的运营环境和结构健康状况进行监测的一种完整的在线监测系统,其主要功能是通过对桥梁结构状态的实时监测与数据分析,及时捕捉桥梁在实际交通负荷与自然蜕化条件下的异常特征信息并发出预警信号,为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。江苏润扬长江公路大桥是我国目前规模最大、技术难度最高、在我国建桥史上规模空前的特大型索支承型桥梁,润扬大桥结构安全监测系统的建立是保证大桥安全运营的重大措施,具有技术性和社会性双重意义。润扬大桥结构安全监测系统中使用加速度传感器对地震、船撞进行实时监测。在震惊世界的5.12四川汶川大地震中,虽然润扬大桥离震源很远,仍强烈地感受到了大桥对地震的反应,成功地获取了地震的信息。润扬大桥结构安全监测系统是世界上首次实现对地震即时报警的桥梁安全监测系统之一,我们有理由相信,人类在重大灾变事件来临时,对重大基础设施安全预警梦想的实现指日可待。

陈艾荣教授认为,寿命周期的设计不能也不是单纯的数字,工程师才是设计的灵魂。他们应该知道什么是需要考虑的以及如何考虑。寿命周期理论最重要的目标就是给工程师们提供一个清晰的框架和一些有用的工具。具体来说,所有的设计工作都基于一个给定的桥梁使用寿命。设计过程可分为具有代表性的六部分:寿命给定、造型设计、性能设计、生态设计、管养设计和寿命周期成本分析。

国际桥梁与结构工程协会主席康宝特在专题报告中,详细介绍了加拿大联邦大桥在工程设计、养护管理等方面的成就和经验。

将长寿命运营管理理念贯穿主体结构设计、混凝土材料设计、施工过程控制和实体结构服役的整个过程,使青岛海湾大桥结构耐久性技术真正覆盖了全寿命周期。工作人员深入研究了施工工艺对早龄期混凝土耐久性的影响,明确了冰冻海域跨海大桥的结构耐久性演变规律,实现了钢筋混凝土结构和钢结构耐久性关键参数的在线监测。通过对青岛海湾大桥的使用寿命实现动态评估和科学预测,提出了确保大桥安全耐用的管养技术,对未来北方沿海地区长大跨海大桥的设计、建设与管养提供了重要的参考依据。

2008年,《杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性成套技术研究与应用》荣获中国公路学会科学技术奖特等奖。在本次会议上,浙江大学宁波理工学院院长金伟良教授向与会代表们介绍了杭州湾大桥百年设计寿命的科学论证与措施。

同济大学桥梁工程系教授陈艾荣提出,除了扩大桥梁跨径以外,我们还需要思考更多的问题,比如:桥梁的耐久性、持续性和安全性等。与此同时,将这些理念通过技术的手段转变为工具。

加拿大联邦大桥是一条长达12.9公里,连接爱德华王子岛与新不伦瑞克省之间的跨海公路大桥。1997年正式通车时,大桥最初的养护作业组只有3个人。此后,这个数字不断增长,无数经验表明对大桥进行季节性养护和经常性养护的重要性。随着工作量的增加,养护作业组现已配备了8名全职工作人员。

他在发言中,首先对桥梁的可靠性进行了界定,即桥梁结构在设计使用年限内,在正常设计、施工、使用和维护的条件下,完成安全性、适用性和耐久性的能力。其中,耐久性是表征结构抵御性能劣化的能力,它包含了三大基本要素:一是环境要素,桥梁结构处于某一特定环境(包括自然环境、使用环境、长期作用)中,并受其侵蚀;二是功能要素,桥梁结构的耐久性是一个结构多种功能(安全性、适用性等)与使用时间相关联的多维函数空间;三是经济要素,桥梁结构在正常使用过程中不需要大修。

一方面,工作人员要定期对各项设备进行检测,以便制定出更加有效的养护管理办法;另一方面,他们还要通过对大桥的基本参数和数据等实施监控,从而验证相关设计标准的合理性。

桥梁在营运过程中,由于过载、疲劳效应、外来冲击等作用,以及材料自身性能的不断退化,导致结构各部分在没有达到设计年限前就产生不同程度的损坏和劣化。对于这些损伤,传统的方法是通过人工检测的方法进行桥梁结构评估,但是这种方法存在着主观性强、难以量化、缺少连续性和整体性、影响正常交通运行、需要大量人力并有诸多检查盲点等问题。为确保大型桥梁的结构安全、及时掌握桥梁运营状况、实现安全经济的运行,结构健康监测技术研究与评估系统的开发应运而生。会上,东海大桥、江阴大桥、润扬大桥等单位的专家结合实际工作,与大家交流了各自在大型桥梁的结构健康监测系统及养护管理技术方面的经验和教训。

此外,一些具体信息的反馈,如:腐蚀率、冻融耐久性等,都为制定未来的养护计划提供了极为重要的依据。

其中,耐久性设计是桥梁性能设计的一部分,目的是确保桥梁在其寿命周期内能够良好地发挥性能。然而,现行的混凝土耐久性试验方法并不能满足实际工程的需要,一是试验设备昂贵,二是试验周期较长。因此,这其实是一个设计问题,而不仅仅是选择哪一种高性能材料。我的梦想之一就是,在不久的将来,设计者能够像今天作结构分析一样清晰地计算有关耐久性的所有细节。 陈艾荣教授满怀憧憬地说道。

近年来,我国沿江、沿海建设了一大批世界级的大跨径桥梁。与此同时,围绕这些大型桥梁工程的耐久性研究,正越来越引起各国专家的广泛关注。特别是跨海大桥,由于在腐蚀、抗风以及健康检测等方面的情况更为复杂,一直都是业界的热议话题。正如同这个浮躁的社会,工程建设领域的浮躁比比皆是,人们普遍关注的是眼前成果。中国公路学会秘书长刘文杰评价此次会议围绕桥梁耐久性这个课题展开讨论和交流,应该说是一种远见。

发布时间:2016-11-12 10:18:36

自上世纪80年代中后期,桥梁结构健康监测的概念被明确提出,并先后在许多重要的大跨径桥梁上建立了结构健康监测系统。然而,目前国内外的大部分监测系统仅限于数据的采集和保存,在对监测数据进行科学管理、建立合理的桥梁健康状态指标、应用监测数据对桥梁健康状况进行系统评估等方面还很欠缺。此外,在进行结构健康监测系统设计时,没有充分考虑后期桥梁结构养护与管理的需要,导致建成后的健康监测系统与桥梁养护管理工作严重脱节。基于此,江苏扬子大桥股份有限公司借助于江阴大桥结构健康监测升级改造工程,依据江阴大桥的结构特点与各组成部分的监测需求,实现了监测项目的选择,确立了健康监测系统设计的总体目标、系统框架、层次结构和系统构成,从而建立了一套基于管养需求的实用型结构健康监测系统。并借助于该系统提供的及时、客观的数据信息,将监测取得的成果成功应用于主桥阻尼器安装评价、主梁受船撞击后的损伤状况评估、大桥结构模态和动力特性分析等具体养护管理工作中。

结构健康监测系统:让安全预警的梦想照进现实

杭州湾大桥:百年设计寿命的科学论证

东海大桥轴线水域位于杭州湾北部海域,自然条件受杭州湾强潮和长江口泥沙运动的牵制,海床演变较为复杂,在大桥水下构筑物与水流、泥沙和波浪的相互作用下,轴线水域冲刷和桥墩冲刷坑十分明显。东海大桥的桥墩由不同大小和形状的钢混凝土承台及簇桩群组成,在水流、泥沙动力学的作用下,形成的桥墩冲刷坑也有所不同。因此,为保证东海大桥整体结构安全和百年设计基准期内的正常运营,上海东海大桥管理有限公司委托上海海事局海测大队,分别于2002年和2008年至2009年三次采用多波束测深系统对轴线水域进行了全面扫测,查清了东海大桥轴线水域海床冲刷变化和桥墩冲刷坑的情况。专家认为,这些专业检测项目现场实测资料,针对桥墩冲刷的安全防护提供了可靠的依据。按目前状况,尚处于桥墩桩基的设计深度安全系数范围内,无需采取水下工程维护措施。对个别冲刷较大的区域,应进行跟踪观测,必要时进一步采取多方法验证。

国际桥梁与结构工程协会主席康宝特,中国公路学会理事长李居昌、专家委员会主任王玉、秘书长刘文杰,交通运输部科技司副司长张延华,山东高速集团董事长孙亮、副总经理周勇,山东省交通运输厅总工程师伊大迈,青岛市交通运输委副主任韩守信以及中交公路养护工程技术有限公司董事长杨俭存等领导出席了开幕式。山东高速集团技术工程部部长朱伟、山东高速青岛海湾大桥建设指挥部指挥长姜言泉等也出席了会议。

预防性养护:防患于未然

我国有许多已经建成的大型桥梁工程项目,如:上海卢浦大桥、重庆朝天门大桥、广州黄埔大桥、江苏苏通大桥等,还有许多正在建设的桥梁,如:

正是这些定期的检测及数据信息反馈,才保证了联邦大桥在13年中得以实施预防性养护的策略,事实证明取得了很好的效果。当然,像这种长期的大型桥梁养护工程所需要的支出也很高昂,目前看来,并不适用于小型桥梁的养护。但随着科技的发展和观念的更新,桥梁预防性养护的需求将不断增加,与此同时,更加专业化的公司和组织、团体也将应运而生,到那时候,先进的技术及团队将大大降低预防性养护的成本。

杭州湾跨海大桥主要结构部位的耐久性寿命均满足设计使用要求,即使用寿命100年混凝土中钢筋不锈蚀的基本要求。其中,海上现浇墩身是决定跨海大桥耐久性寿命的关键部位,海上承台和湿接头是受到海洋环境条件下氯离子侵蚀最严重的部位,其次是墩身。此外,采用多种耐久性防护附加措施,如:塑料波纹管和真空辅助压浆、钢筋阻锈剂、混凝土表面涂层等,均能起到延长跨海大桥使用寿命的作用。

混凝土结构耐久性是结构抵御长期作用(环境、循环、荷载等)性能劣化的能力。据金伟良教授介绍,m e t s方法解决了室内实验研究的真实性和有效性,以及室内实验与实际工程耐久性时间相关性的技术难题,明确了混凝土耐久寿命预测的定量实验方法,为混凝土结构耐久性的寿命预测提供了科学依据。

初秋的青岛,绵绵细雨伴着海风悄然而至。预计还有不到一年的时间,这里就将诞生一座全长超过41.58公里的世界第一跨海长桥青岛海湾大桥。9月8日至10日,在这座大桥的故乡青岛,全国大型桥梁工程耐久性技术发展研讨会隆重举行。此次会议由中国公路学会主办、山东高速集团有限公司承办,吸引了来自全国各地桥梁管理、建设及科研单位的近200名代表参加。

在为期3天的会议中,国际桥梁与结构工程协会主席康宝特,中国工程院院士、中国科学院海洋研究所研究员侯保荣,加拿大工程院院士、香港工程院院士张慕圣,香港理工大学教授倪一清,日本本州四国联络桥高速公路股份有限公司技术总监帆足博明,清华大学教授路新瀛,同济大学教授陈艾荣,浙江大学教授金伟良,以及山东高速青岛公路有限公司研究员邵新鹏等15位中外知名专家、学者,为与会代表们奉献了一场场精彩的报告。专家们围绕实现桥梁建设与运营的成本最优配置,降低桥梁结构全寿命周期的经济投入,节约桥梁设计使用年限内的资源消耗等议题,阐述了各自最新的设计理念、科研成果和技术应用。

由山东高速集团投资建设的青岛海湾大桥是我国目前国有独资单一企业投资建设的最大规模的交通基础设施项目,是我国北方冰冻海域首座特大型桥梁集群工程,加上引桥和连接线,全长超过41.58公里,为世界第一跨海长桥。截至目前,累计完成投资79.2亿元,大桥的下部结构已基本完成,上部结构完成了93%。大沽河航道桥、红岛航道桥、沧口航道桥的主体工程已基本完工,桥面铺装施工陆续展开。大桥自2007年5月开工,预计今年年底全线贯通,明年上半年正式通车。

青岛海湾大桥:长寿命运营管理理念先行

桥梁的寿命周期理论被讨论了多年,该理论起源于欧美,主要是针对桥梁的维修与优化,周期的概念一般只考虑桥梁的管养阶段。那么,如果将设计和施工过程包含其中,桥梁的寿命周期理论将会变得更为复杂,而这正是我们需要思考的问题。