吸取桥梁建养成功经验和失败教训,是保证桥梁全寿命全功能运营的重要途径。限于条件,本文仅对2022年桥梁事故做了不完全统计,人为炸毁桥梁未计算在内。2022年,运营期间桥梁垮塌15座,严重病害或火灾等导致桥梁停运5座,震害严重的桥梁11座,施工期间桥梁垮塌5座。
1 .1 2022年运营期间垮塌桥梁
2022年运营桥梁垮塌15座,156人死亡,45人受伤。有10个国家的桥梁垮塌,其中美国1座、中国5座、菲律宾2座、巴基斯坦1座、墨西哥1座、罗马尼亚1座、挪威1座、巴西1座、俄罗斯1座、印度1座,主要为公路桥和人行桥,仅俄罗斯的1座桥涉及铁路桥。垮塌的梁桥10座、拱桥3座、悬索桥2座。垮塌主要原因为:桥梁技术状况差、设计承载力不足、超载、船撞、洪水冲刷、火灾、检测评估结论错误等。
图 1 垮塌后的 Fern Hollow 桥 (NTSB, 2022 年 2 月 7 日发布 )
图 2 Fern Hollow 桥上车辆的前部摄像头照片显示伸缩缝在张开
(NTSB, 2022 年 5 月 5 日发布 )
图 3 Fern Hollow 桥上车辆的尾部摄像头照片显示桥面下坠
(NTSB, 2022 年 5 月 5 日发布 )
图 4 临近垮塌的 Hassanabad 拱桥
图 5 罗马尼亚 Neamt 县跨越 Siret 河的桥梁垮塌
图 6 垮塌前的 Tretten 桥
图 7 垮塌后的 Tretten 桥全景
图 8 垮塌后的 Tretten 桥局部
1 .2 2022年运营期间停运桥梁
2022 年由于出现重大病害或火灾等意外事件,国内停止运营的桥梁有 7 座,包括悬索桥 1 座、拱桥 1 座,梁桥 5 座。 4 座桥受火灾影响, 1 座桥被汽车撞击, 2 座桥病害与吊杆连接有关。
1 .3 2022年桥梁震害
强烈地震往往导致桥梁垮塌或承载能力严重下降,震中区桥梁震害严重。 2022 年,地震导致桥梁垮塌或停止运营有 11 座。
1 .4 2022年桥梁施工期间事故
由于施工设备、方案、实施有误等,桥梁在施工期间出现裂缝甚至垮塌。部分桥梁修复处治后,可能带病害交付运营。 2022 年,有 7 座桥出现施工事故,其中:中国 5 座,印度 1 座,美国 1 座。 3 座桥的垮塌与吊装设备有关, 2 座桥梁体施工的抗倾覆失稳措施不足。
1 .5 小结
(1) 技术状况差的桥梁在整治前,应做好安全监测工作,防止出现类似美国匹兹堡 Fern Hollow 桥垮塌事故。
病害整治
2 .1 梁桥病害整治
预应力混凝土空心板梁、T梁、小箱梁桥裂缝,特别是连续梁桥、连续刚构桥严重裂缝,多次重复加固,仍旧无法彻底整治病害。
图 9 箱梁节段存梁期间顶板底面纵向裂缝位置 ( 黎晨等 [12] )
赵崇光 [13] 对某运营9年的4×30m预应力混凝土连续箱梁底纵向裂缝和腹板竖向裂缝,进行加载试验研究,裂缝变宽0.05mm,卸载后,裂缝加宽0.02mm。百分表测试的残余变形0.06mm,相对残余变形2.76%,挠度校验系数0.64。应变片测试的残余应变-4με,应变校验系数0.67。实测冲击系数0.17,小于计算值0.22。认为结构处于较好的弹性工作状态,满足公路-I级使用要求,裂缝只需封闭处理。
2 .2 拱桥病害整治
钢拱桥、钢管混凝土劲性骨架拱桥、钢管混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥、石拱桥的拱圈裂缝等耐久性病害需要及时整治。
2 .3 斜拉桥病害整治
正交异性钢桥面板疲劳裂纹整治一直在探索中。某长江大桥为 (48+204+460+204+48)m 钢箱梁斜拉桥, 2017 年 7 月 ~2018 年 12 月对钢桥面板裂纹处治,为检验不同桥面铺装效果,上游侧、下游侧桥面铺装分别采用 UHPC 、 ERE 替换原 SMA 。 ERE 桥面铺装构造为底部防水抗滑环氧粘结碎石层 (EBCL)+ 树脂沥青混凝土 (RA)+ 表面抗滑环氧粘结碎石层 (EBCL) 。叶仲韬等 [31] 对比不同桥面铺装的顶板与 U 肋焊缝、 U 肋对接焊缝实测汽车荷载应变时程, UHPC 、 ERE 桥面铺装的顶板与 U 肋焊缝最大应力分别为 25.2 、 41.8MPa ; U 肋对接焊缝最大应力分别为 10.4 、 24.5MPa ,最大应力幅值 UHPC 明显更小,平均应力幅值 UHPC 略小。相比 ERE , UHPC 桥面铺装对钢桥面板抗疲劳效果更好。
2 .4 悬索桥病害整治
同斜拉桥病害类似,悬索桥正交异性钢桥面也出现裂纹。另外,大缆锈蚀、索夹螺杆松动也是常见病害,
2 .5 构件更换和改变结构受力体系
桥梁部分构件加固代价太大,可采用直接更换方案。结构受力体系改变,也是可供选择的病害整治方案。
2 .6 下部结构病害整治
由于上部梁体传递给桥墩的水平力,或者由于人工堆土、不良地质等对桥墩产生水平推力,导致 桥墩水平位移,倾斜偏位。如果墩柱偏位较大,则桥墩弯矩较大,导致开裂,甚至压弯失稳。
2 .7 桥梁拆除
桥梁拆除过程中曾发生多起事故,如浙江省杭州市德胜东路高架桥、湖南省株洲市红旗路高架桥、湖南省株洲市新华桥、江苏省江都市胜利桥、广东省阳春市合水大桥在拆除中垮塌。
2 .8 小结
(1) 部分桥梁加固后,病害仍有发展,桥梁病害整治应进行耐久性设计、耐久性施工和检测验收,必要时做一定时期监测。
养护策略
3 .1 养护决策
在资源有限的情况下,总要决定什么时间对桥梁检测?什么时间对桥梁维修?
3.2 养护技术标准
桥梁养护规范、标准、规程、技术状况评估需要长期持续研究,不断调整改进接近桥梁真实状况。
3 .3 小结
(1) 与铁路轨道线路周期性维修策略不同的是,铁路桥梁执行的是状态修策略。一旦发现桥梁技术状态影响行车安全,立即安排修理,总体理念是正确的。
养护新技术
4 .1 BIM
BIM 技术已经从桥梁设计、施工阶段往运营养护阶段延伸。
4 .2 红外热成像
不同材料表面温度图谱不一样。
4 .3 磁记忆和漏磁法
利用结构材料自身的磁场特性,表征结构行为指标的新技术,值得探索。
4 .4 冲击波和冲击振动及超声波
冲击回波、冲击振动对构件局部提供了强劲能量,获得了有利的反馈。
4 .5 无人机
为实现桥梁的高效外观检查,特别是缺乏人行通道部位,也不中断交通,无人机得到了推广应用。
4 .6 电子围栏
船舶偏航撞击桥梁,后果严重,迫切需要对船舶、桥梁联合预警。
4 .7 安全监测
由于养护资金缺口巨大,部分桥梁需要带病害监测运营,也为进一步查明病害原因、明确承载能力削弱程度和封锁停运提供依据。桥梁监测目的是掌握结构技术状态变化,预警是监测工作开展的前提,否则桥梁管控和加固无从谈起。
4.8 智能养护
桥梁养护的终极目标是人工智能养护,实现最优决策、无人化作业,计算分析模型参数量大,
4 .9 小结
(1) 2022 年, BIM 、红外热成像、磁记忆、漏磁法、冲击波、超声波、无人机、电子围栏、安全监测、数据挖掘、智能养护技术都进一步得到了应用,特别是智能养护成果众多。智能决策专家管养系统初步实现了桥梁养护的人工智能化。
结束语
(1) 高速铁路桥梁提出了快速检测、无接触检测要求,需要探索桥梁病害、特别是隐蔽病害检测新技术。铁路桥梁病害量化评估体系需要在实践中进一步研究发展,着力构建桥梁病害及其整治方案数据库,形成专家系统和智能养护系统。
团队成员介绍
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