现代桥梁工程技术的发展（52页）

1、现代桥梁工程技术的发展一、设计计算理论的发展四、桥梁发展存在的技术问题二、施工技术的发展三、运营管理与维护的发展1.1 由手算向电算的发展手算的特点： 较高的力学素质修养 细心的工作作风 吃苦耐劳的精神电算的特点： 基本力学素质修养 熟练的计算机操作能力 结果评价能力电算促进了桥梁学科的发展。目前，手算向电算的转变已经完成。例如斜拉桥疏索体系与密索体系湛江海湾大桥夷陵长江大桥香港汲水门大桥台湾高平溪大桥1.2 由简化向全结构仿真发展传统分析方法： 将结构简化为几个平面进行分析，忽略了结构的空间作用。 例如铁路钢横梁简化为主桁、上下平纵联、桥门架等。 连接和边界条件的高度简化。 如理想铰，忽略了

2、连接的刚度。支承条件与实际不符。 弹性材料假设。不考虑材料的非线性性质。 小变形假设。现代结构多为大跨、轻柔，其几何非线性影响很大，必须考虑。 简化荷载。1.3 由线性向非线性分析转化 由传统的线弹性小变形向： 几何非线性：大位移、大转动、大变形 材料非线性：金属、混凝土、岩石等 接触非线性：如支承 以及上述组合的多重非线性。 尤其是一些施工结构，非线性性质更加突出，但因属临时结构，所以问题不严重。1.4 由静力向动力转化桥梁设计正由静力向动力发展，体现在： 地震问题 风振问题 车桥耦合振动 地基结构车辆振动以上问题成为当前的热点问题和糊涂问题。与结构向大跨、轻柔、重载、高速等有关。1.5试验

3、环节的转变 静载试验： 大比例尺全桥模型试验 实桥试验动力试验： 风洞试验 振动台模型试验 实桥动力试验疲劳试验全结构仿真分析 全结构仿真分析基本不考虑人为假设条件，可建立完整、统一的整座结构分析体系，在该体系下构造整个结构所有承载构件的组合力学模型。摒弃了多年来结构计算所采用的假设条件，该模型可准确模拟构件的空间位置、尺寸、材料特性、连接形式、荷载作用、初始内力和初始变形等，在此基础上进行大规模的全结构效应分析计算，由此得到更加详尽、精确和可靠的分析结果。(1)力学模型 全结构仿真分析采用统一结构分析体系的力学模型，由此区别于划分体系、层次、平面或构件，先分别计算，再进行叠加组合的传统计算。

4、通常建立3D力学模型，采用合适的单元类型和材料特性。 如济南黄河斜拉桥模型。(2)结构连接 全结构仿真分析的力学模型精确模拟结构的实际连接，由此区别于传统计算因线单元节点连接而不能考虑连接的真实构成。 (3)部件模拟 传统计算常常不能考虑如箱形结构的隔板(纵向隔板和横向隔板)、加劲肋等构件，难以考虑二次效应影响(包括横截面畸变、局部屈曲和剪力滞后等)，而全结构仿真分析则能够真实模拟所有这些受力部件，较好地解决这一问题。 (4)加载模型 全结构仿真分析无需用简化荷载模型，而可以采用包括模拟桥面车轮荷载在内的准确加载模型，由此可以用于结构的准确计算和检算。(5)材料特性 全结构仿真分析可考虑材料的

5、非线性性质，可进行几何非线性、材料非线性和双非线性分析，以区别于传统的弹性分析方法。尤其是混凝土结构，可采用现场实测的混凝土本构关系和收缩徐变规律，也可采用来源于大量实测的本构关系和收缩徐变规律等。(6) 分析计算 全结构仿真分析模型详尽、复杂，计算工作量浩大，计算软硬件要求高。一般可用大型商用程序为核心，再进行必要的二次开发，实现全结构仿真分析。因为这些大型商用程序单元库全面、材料类型丰富、图形用户界面便捷，可以胜任大型结构的仿真分析任务，如ANSYS、ADINA、SAP2000等。 2.1 大型深水基础施工技术大直径管桩大型围堰大直径钻孔桩大型沉井2.2 无支架施工技术悬臂浇筑悬臂拼装缆索

6、吊装 转体施工2.3 大型施工设备大型起重机架桥机造桥机 大型钻机打桩机2.4 精确的制造或预制技术钢结构制造混凝土节段或构建预制2.5 施工控制技术施工预测施工监测 误差分析与识别模型修正及再预测3.1 桥梁长期健康诊断技术 大型混凝土结构的服役期长达几十年甚至上百年，因传统方法和技术不能及时对结构状况进行监测和评估，重大灾难性事故累有发生，造成了巨大的经济损失和社会影响。 近年来，国内外大型结构垮塌事件频繁发生。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

7、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:近年来，国内外重大建筑坍塌120多起仅前20起，死亡人数达1648人 (不包括类似911的恐怖破坏)仅韩国三丰大厦一次死亡就多达458人 这些建筑物垮塌造成无法估量的经济损失和人民生命财产损失，其社会影响特别巨大。 因此，对结构进行长期健康监测，“时时”掌握结构的健康状态，避免发生重大灾难性事故是非常必要的，也是工程界和各国政府急需解决的重点和难点问题。技术问题监测目的与监测系统设计原则监测内

8、容和测点优化布置监测仪器设备信息采集与处理数据分析与利用健康诊断(损伤识别和状态评估)康复技术3.2 既有桥梁评估与加固技术既有(在役、旧)桥梁无损检测红外热像仪 功能与特点：检测温度及温度场分布，通过材料表面的热传 导过程分析,得出不均匀性和结构缺陷的资料。 温度测量范围从-402000、热灵敏度高达0.03。地面透视雷达功能与特点：用于路面、桥面板、隧道、混凝土、钢筋保护层等检测。地质环境检测隧道衬砌检测管线位置检测美国纽约Penetradar公司http:/ 超声检测仪可测试以下参数： * 混凝土的均一性 * 凹坑、裂缝、火烧或霜冻后引起的缺陷 * 弹性模量 * 混凝土的强度 英国PUN

9、DIT产品 精度：0.1 MPa 瑞士PROCEQ公司TICO混凝土检测仪 钢筋混凝土测试仪：确定混凝土中钢筋的位置和走向，测量钢筋上混凝土覆层厚度，自动测量钢筋的直径。 深度测量0150mm，钢筋直径450mm ；测量误差 厚度1(1mm+2%读数)；钢筋直径1 *混凝土材料力学参数测试；*结构混凝土强度及缺陷监测；*裂缝深度检测；*表面损伤层厚度检测*声波透射法监测基桩完整性； 采用感应磁场，用于表面和近表面缺陷的检测，发现材料缺陷。 焊接裂纹、疲劳裂纹等检测。裂纹热像探测仪主要有：日本TVS2000、TVS100美国PM250瑞典AGA THV510、550、570桥梁评估承载能力评估使

10、用性能评估耐久性评估桥梁加固加固技术加固材料加固工艺荷载试验法：包括静载试验和动载试验两种。静载试验法：通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载，测试桥梁结构的控制部位与控制截面在荷载作用下的应变、挠度变形、裂缝及开展情况、横向分布系数、墩台变形等特性变化，将测试结果与结构理论计算值及规范的允许值作比较，从而评定出既有桥梁的承载能力。动载试验法：通过桥上汽车的跑车、跳车、刹车动载激振，测试桥梁结构上各控制部位的频率、振幅、阻尼及冲击系数等动态参数，分析这些测试结果并与相应的计算值相比较，进而评定承载能力。以实桥缺陷的经验评定法 通过结构一系列缺陷与病害观测，与以往经验的判断分析和

11、有关规范的对照比较来评定承载能力的大小。 我国公路部门对双曲拱桥这种桥式，总结出了用缺陷评定承载能力的初步方法。 一般地讲，这种评定方法必须针对每一种桥式做出相应的评定指标。并且需要大量的经验和试验来说明评定指标的可行性。实物调查比较法：由实际交通情况来鉴定桥梁承载能力的动态求法。 具体作法是：对被鉴定桥梁进行长期的观测，根据桥梁通过的车辆荷载，并测定车辆通过时桥梁各主要部位的挠度、应变、应力、裂缝开展情况等数据。然后，对这些数据（车辆种类、载重及其对应的挠度、应变、应力等）进行系统分析，从而得出桥梁可以承受的荷载等级。 该法与实际情况比较符合，评定出的承载能力与实桥很接近。但是，由于其工作量

12、太大，耗时太长，在实际中应用尚存在一些困难。基于专家经验的方法：典型代表是特尔菲法，它是通过无记名方式，函询各专家的意见，经过多次的反馈和处理，取得一致的结论。专家系统评定方法就是利用具有相当于专家知识和经验水平的计算机系统对桥梁进行评定。 国内外对于专家系统在桥梁评定中的应用做了很多研究，开发了一些比较成功的专家系统。如：日本京都大学和大阪大学开发的“钢筋混凝土损伤评定专家系统”。我国同济大学开发的“桥梁安全性与耐久性评定的神经网络专家系统”。将此法用于桥梁评定或作为评定的辅助手段，是有可能的。分析计算法：是国内外评定桥梁承载能力的主要方法。经验系数法：经验系数法是以桥梁原有设计荷载等级为基

13、础，同时考虑各种影响因素，折算求出桥梁承载能力的方法。 关键是各种系数较难确定，故此法采用的不多。近似公式法：以验算桥梁主要受力构件断面尺寸评定的方法。 该法简单、方便，但是只能用于初步估计桥梁的承载能力。其缺点是不能考虑桥梁的缺陷，也就是说该法对既有桥梁的实际承载能力无法评定。设计理论计算法：设计理论法主要是根据实测材料性能、结构几何尺寸、支撑条件、外观缺陷及通行荷载，按照桥梁结构的设计理论来评定承载能力。通常以“鉴定系数”来评定承载能力，实际上按照规范方法的再计算。非线性理论法：根据桥梁的损伤状态，综合考虑几何非线性和材料非线性性质，在进行合理而又系统的计算之后，对其承载能力做出比较切合实

14、际的评定。比较精确，大有前途的，不足之处是该法比较复杂，无论是在理论上还是在操作上，相对于前述的各种方法都困难。基于结构可靠度理论的方法：可靠度用于桥梁结构体系的研究还不成熟，因此，对既有桥梁的承载能力和正常使用可靠度研究难度较大，虽然在理论上是可行的，实际操作时困难重重。特别是桥梁的时变可靠度研究，未知参数更多，目前还未有切实有效的分析方法可供使用，有待研究。外粘钢板加固技术：运用高强建筑结构胶将钢板粘贴于混凝土构件的外表面，补充构件内部的配筋不足，以达到加固补强的目的。 可动荷加固、抗震加固、钢结构加固、混凝土梁端部锚固等。混凝土结构加固技术规范（CECS25：90）外粘纤维布加固技术：纤

15、维布具有强度高、重量轻、耐腐蚀和抗疲劳等优异物理学性能,以及良好的粘合性和广泛的适用性，用碳纤维布取代钢板加固混凝土结构是近几年来国际上兴起的一门新技术。碳纤维片材加固混凝士结构技术规程。柱外包粘钢加固技术：将角钢、钢板箍通过胶栓和灌注高强无机粘结材料与原混凝土柱可靠地连结成一个整体，该方法在新增角钢截面提高柱子承载力的同时，还因新增钢板箍的横向约束作用，因而可以大幅度提高柱子的承载力。植筋技术：将钢筋植入混凝土结构，相当于结构体加上了预埋钢构件。植筋用WSJ建筑结构胶抗腐蚀、耐老化、粘结强度远大于混凝土强度。可在扩大基础、加层改造、新老混凝土连接中植筋。微细裂缝灌浆技术：对结构中出现缝宽0.

16、05mm的裂缝，可以灌浆密实，灌浆后的混凝土结构可完全恢复其整体性，再受破坏时，新的裂缝将不在原裂缝断面。深层裂缝灌浆技术：对结构中出现的内部深层裂缝进行灌浆补强处理与渗透水止漏，恢复结构整体性。目前灌浆处理中最深裂缝达2m。混凝土结构防腐技术：采用浸入型混凝土防护涂料，浸入碳化层，固化成一个高强防护层，能有效地防护混凝土。对混凝土表面保护层剥落、箍筋、主筋都锈断的严重腐蚀结构进行加固与重防腐有良好的可靠性与耐久性。新老混凝土界面连接：将WSI界面粘结剂涂刷在经过处理的老结构外表面，可使后浇的表层新混凝土凝固后在界面形成牢固的粘结。该项技术在必要时可与植筋锚固技术联合使用，效果更好。3.3 数

17、字化桥梁管理系统 桥梁管理是指主管部门辖区内已建成桥梁的维护、功能改进和重建决策。 桥梁管理的对象为辖区内的所有桥梁资产。 桥梁管理的目的则是合理使用资金，保障桥梁使用安全，满足桥梁使用要求。 桥梁管理系统是桥梁结构知识、计算技术、信息技术以及运筹学、经济学等知识综合运用于桥梁管理的产物。BMSBridge Management System。比较著名的桥梁管理系统：桥梁管理系统最早出现在美国，由AASHTO提供支持的Pontis。欧洲桥梁管理系统Brime由英国、法国、德国、西班牙、挪威以及斯洛文尼亚六国研究。我国由国家经贸委和交通部联合开发了中国公路桥梁管理系统(简称CBMS)。上海市和重庆市分别建立了各自的桥梁管理系统，是基