毕业论文（报告）新型钢网拱桥施工及沿海既有桥梁耐久性检测加固关键技术研究

北京交通大学赴天津研究生社会实践报告第新型钢网拱桥及沿海既有桥梁耐久性检测加固关键技术研究——北京交通大学赴天津研究生社会实践报告摘要：本次北京交通大学赴天津社会实践活动以天津滨海新区在建海河新型钢网拱桥的设计及施工关键技术和海河沿线桥梁的耐久性问题及加固检测技术为核心进行综合调研，针对新型钢网拱桥关键构件、整体稳定性、抗震性能进行深入研究；在对海河沿线桥调研的根底上对沿海地区既有桥梁的突出的耐久性问题及检测加固技术进行分析。本次社会实践所获数据及结论将为当地设计院和养护部门提供参考。引言为缓解跨海河交通压力，天津滨海中心商务区范围内已规划了11条跨河通道，安阳跨海河大桥为连接响螺湾商务区和于家堡金融区的重要通道已开工建设，其采用的新型钢网拱结构景观性及独创性极强，值得深入调研其设计及施工技术的应用前景；同时天津海河上的多座跨河通道受所处自然环境及运营环境的影响而易产生耐久性问题，如何确保新建桥在沿海环境下的耐久性的提高及既有桥面临的检测加固问题将成为未来关注的重点。本次北京交通大学赴天津社会实践活动主要针对天津滨海新区在建海河新型钢网拱桥的设计及施工关键技术进行深入研究，并对滨海新区海河沿线桥梁的耐久性问题及加固检测技术进行调研与统计，为当地设计院和养护部门提供参考数据。1新型钢网拱桥关键技术研究于家堡地区位于塘沽区海河北岸，东西南三面临海河，北到新港路，规划用地面积3.44平方公里，是滨海新区中心商务商业区的核心地区，其主要具备金融创新基地、城市商务、高端商业、都市旅游、生活居住等功能。安阳道跨海河大桥位于天津滨海新区中心商务区，西连安阳道，东接于新道，为连接响螺湾商务区和于家堡金融区的重要通道。为构筑新的城市地标，安阳桥的设计十分谨慎地处理桥梁与河道的关系、桥梁形式对于天际线的改变，试图通过这组路桥解读地域特性，并使其融入自然环境。安阳桥空间钢网主拱分为两局部，表达“大鹏展翅〞之意，而中央那么是悬挂桥面的主体结构。桥面也于中央分成两幅，引导光线照射到桥下的水面。两组拱网就像两片略为卷曲的叶子，其凹面朝向桥面边缘以及河道。这两片由多根钢拱重重叠叠组成的巨型的“叶子〞在其两端逐渐收紧，植根于支座。图1.1安阳桥效果图从安阳桥的方案可以看出，本桥为空间大跨径钢网拱桥，主拱造型优美结构复杂，假设把安阳桥从方案转化为现实的桥梁结构，需要详细研究本桥的整体结构性能、空间结构特性彰显的主拱、复杂的关键节点，将面临极大的挑战性。安阳桥跨径达两百多米，双向六车道，外加两侧人行道，设计活载大，大跨径拱桥水平推力的分析是本桥整体桥梁结构研究的首要任务，滨海新区为软土地基，淤泥厚度近十米，使得这一研究尤为棘手。主拱为14条纤细的小拱组成的空间结构，构件的整体刚度较弱，主拱的跨度较大，桥梁结构的整体刚度、拱梁之间的连接方式、拱梁之间的刚度匹配，是本桥研究的主要内容。在拱脚处，整体桥梁结构近似单点固端支撑，主拱又很高，在横向风荷载和车道偏载作用下，桥梁整体结构的稳定性能也是本桥整体桥梁结构研究的关键内容，因为它决定着本桥整体桥梁结构的成立与否。1.1工程背景安阳桥为连接响螺湾商务区和于家堡中心商务区的重要通道，本桥梁由响螺湾一侧0#～7#墩引桥、7#～12#墩主桥及于家堡一侧12#～19#墩引桥三局部组成。桥梁修筑起点桩号为K0+605.450、修筑终点桩号为K1+239.110，总长633.660m。其中主桥修筑面积为11266㎡，引桥修筑面积为8353㎡，楼梯修筑面积为280㎡，桥梁修筑总面积为19899㎡。安阳桥主桥跨径布置为20m+22m+220m+22m+20m，全长304m，双向6车道。安阳桥主桥为无推力空间钢网拱桥，主拱为双轴对称空间钢网拱结构，主梁主跨为主次梁梁格结构，左右两幅，横梁间距8m，边跨为整体正交异性钢箱梁〔见图1.1〕。安阳桥为无推力空间钢网拱桥，由主拱、主梁、斜撑、拉杆、吊杆和铸钢件几局部组成。安阳桥主拱为双轴对称的异形空间钢网拱结构，主拱在桥面以上为拱网结构体系，桥面以下为异形拱箱结构。中心拱轴线距拱脚定位点39.8m，跨度220m，矢跨比为1/5.53。主拱为异形变截面，在桥跨中点处，主拱截面高11.6m，宽15.4m，在拱脚处截面高2.8m，宽3.6m。桥面以上拱网由14道独立的小拱箱通过间距8m的拱间横向连梁连接而成，钢网拱横截面左右对称，呈倒梯形，两腰为弧线，顶部位下凹折线。在桥面附近位置，14道小拱箱合并成一个大钢拱箱结构。安阳桥主梁为钢梁，分为主跨局部和边跨局部。主跨为主次梁梁格体系，分左右两幅，通过连接横梁连接，间距8m。单幅钢梁设一大一小纵梁，大纵梁为四边形截面，宽度5.2m，高2.3m；小纵梁也是四边形截面，宽度2.6m，高1.8m。主横梁间距8m，与吊杆间距相同，次横梁间距4m，主横梁为变截面箱梁，宽0.75m，高度从2.3m变到1.5m，次横梁为变截面工字梁，宽0.3m，高度从2.3m变到1.5m。边跨为整体正交异性钢箱梁，梁高2.3m，左右变高度，同主跨梁格。安阳桥吊杆分为四个吊杆面，主梁外侧和主梁内侧各两道，吊杆采用平行钢绞线，外侧采用GJ15.24-12型号，内侧采用GJ15.24-5型号。在主拱拱脚处有三道斜撑，斜撑为变截面箱形，截面上大下小，三道斜撑传递主拱传来的水平分力。主拱拱脚与三道反向斜撑之间，通过铸钢件相连，铸钢为空间三维结构。由于该桥的主跨较大220m，边跨相对较42m，在边跨墩位会出现很大的支座负反力。为了防止边跨负反力的出现，特设置拉杆墩位，使得边跨处于受压状态。拉杆设置四道，位于主次梁的位置，拉杆为钢板，厚100mm。图1.1桥型布置图1.2新型无推力空间钢网拱桥关键构件和节点研究安阳桥为空间大跨度钢网拱桥，桥梁结构复杂，在关键构件和局部关键节点上存在以下几个问题：具有艺术独创性的双轴对称空间钢网主拱的结构、节点构造、刚度突变的处理、施工工艺，超大吨位铸钢的设计、受力性能、加工施工工艺，大吨位拉杆的布置和设计，空间钢网拱桥复杂关键节点的受力分析。图1.2桥梁关键构件和节点分析示意图1.2.1双轴对称空间钢网主拱安阳桥主拱由14条纤细的小拱组成，在空间上排列成一个极为不规那么的横断面，就连拱间的横向连梁，为了到达其桥梁的艺术性，也设计成不规那么的形状，拱间横向连梁间距8m，主拱宽度220m，拱轴线高度40m，矢跨比1/5.5，主拱跨中截面高11m。安阳桥主拱为结构复杂的空间钢结构主拱，整体差，刚度弱，与常规概念的混凝土主拱、钢管拱、钢桁拱有很大的差异，空间主拱的结构设计，也是本桥设计的一个挑战。图1.3主拱肋横断面布置图安阳桥为城市景观桥，结构优美、造型独特，14条小拱线形为桥梁艺术独创，与合理拱轴线有一定的差异，14条小拱本身的受力特性和对整体结构的影响是值得研究的内容。本桥在方案创作期间，14条小拱的线形和截面尺寸在建筑的角度已经到达了完美的搭配，在主拱的设计中，为了保持桥梁艺术和桥梁结构的完美统一，尽量不改变主拱的线形和截面的尺寸，这使得主拱的设计面临更大的挑战。常规概念的主拱为一刚性构件，拱构件本身具有很大的刚度和整体性，本桥的主拱为14条小拱通过间距8m的拱间横连连接而成，为空间结构，主拱本身的刚度相对较弱，整体性稍差，这也是值得仔细研究的问题。在靠近主梁附近，主拱截面高度较小，14条小拱之间的横向连梁尺寸较短，其受力性能早已不满足梁理论的根本假定，形成刚性短杆，主拱的设计时应考虑刚性短杆的影响。在主拱的设计中，为此进行了大量的计算、比照和讨论工作，使得主拱的强度满足标准要求。1.2.3空间主拱关键节点研究在主拱与桥面相连的附近，14条小拱变成一个钢拱箱，在小拱变拱箱前，14条小拱截面为单独的拱截面，是14条拱截面单独的刚度，在小拱变拱箱后，拱截面变成一个整体的截面，拱截面的抗弯刚度变化巨大，由于刚度突变引起了很大的应力集中，这也是本拱设计中面临的挑战。为了减缓刚度的突变，拱箱尝试了开口开缝、开大的v形口等构造措施，以减缓刚度的突变或阶跃。对于14条小拱变成钢拱箱的位置，为了实现拱的通透性，建筑设计要求拱箱尽可能的短；为了在施工中能实现，要求其空间应足够大，拱箱尽可能长一些；拱箱位置确实定，也是建筑和结构争论的焦点。图1.4不同的开缝形式在靠近桥面附近，主拱空间尺寸变小，空间交汇杆件较多，各杆件相对较短，各杆件连接设计需不仅要考虑拱间横连在其平面内的连接，而且也要考虑拱间横连与主拱在其平面外的连接，这使得纵向14条小拱与拱间横梁的连接有很大的挑战性。主拱由14条小拱组成，主拱分段的对接焊缝就需14个箱形截面的56条焊缝对接，主拱分段焊接的定位、对接、施焊工艺等问题也是值得研究的问题。为了减少主拱分段数目，降低施工的现场焊接量，根据吊装能力，主拱的分段应尽可能长；根据主拱阶段重量和现场吊装高度，主拱的分段并不是每段长度都相等，而是最大限度的减少焊接工作量。因此，主拱设计不仅是考虑构件的强度、刚度、稳定，更是考虑主拱的加工、分段、运输、吊装、焊接等施工工艺问题。1.2.4超大吨位铸钢件在安阳桥主拱拱脚处，主拱与三道反向斜撑交汇与一点，由于要在拱脚处设置支座，交汇节点的设计是关键的问题之一。交汇节点不仅承受主拱传来的巨大内力，还承受着三道反斜撑传来的内力，是本工程最具控制性的节点。由于主拱截面为复杂的建筑艺术造型截面、反向斜撑也是非常规矩形截面，杆件的焊接连接是无法实现的。由于各杆件内力巨大，采用常规的混凝土拱脚连接，混凝土的体积非常庞大，桥下的净空就难以满足要求，同样无法实现。为了将本方案转换为现实，设计中采用铸钢节点，为了保持本桥艺术风格的统一，铸钢的设计也非常有艺术性。图1.5交汇杆件节点铸钢件铸钢构件设计为三维空间异形构件，主拱、斜撑与铸钢刚接，铸钢件顺桥向长8.33m，横桥向6.10m，高3.48m，壁厚20~25cm，重达250t。在本桥的设计中，将超大吨位铸钢构件应用于桥梁设计当中，可以解决拱脚、斜撑空间交汇节点难以实现的难题，开创了大吨位铸件在桥梁结构中应用的先河。铸钢的设计不仅是满足强度、刚度的的要求，而是有更多的技术问题需要考虑，对于超大吨位铸钢，国内也没有相应的标准和经验可供参考。1.3空间钢网拱桥整体稳定性研究特征值屈曲分析的为理想结构弹性稳定分析，指结构在外荷载作用下，在原来的平衡状态之外，出现了第二个平衡状态。在数学推导中解决的是一个求解特征值的问题，故而被称为特征值屈曲分析。特征值屈曲是理想化的情况，现实结构会有各种各样的缺陷，实际的失稳荷载要比特征值低的多，故在现行的标准中，对特征屈曲稳定系数要求大于4，对非线性屈曲的稳定系数大于2。求解稳定问题的一般思路为：建立单元刚度矩阵，对端点分别为i、j的两杆件，采用，，，分别表示局部坐标系下端点的位移与荷载。i，j杆上任一点处的轴向变形为：式中第一项为轴力引起的应变，第二项为弯矩引起的应变，第三项为杆的弯曲变形导致的应变。ij杆的应变能为略去高阶小项，上式最终可变为：公式还可以表示为：式中，[k]为单元刚度矩阵，[k]=[kD]+[kG]。其中[kD]与外荷载无关为弹性刚度矩阵，[kG]只与杆长及轴力有关，称为初始应力刚度矩阵。，当考虑全局坐标系，并将单刚集结为总刚，可知，{F}的增大，将同时导致[KG]的增大，当增大到一定程度时，将到达随遇平衡状态，即上式成立的条件为公式即为计算稳定平安系数的特征方程式。理论上，特征值λ的数量与总刚的阶数有关。在本桥结构分析中，采用典型的荷载工况：恒载+满布活载、恒载+半幅活载、恒载+风载、恒载+满布活载+风载、恒载+半幅活载+风载，计算结果如下列图1.6所示。图1.6各荷载工况下稳定屈曲计算结果由以上计算结果可知，恒载+满布活载+风荷载作用下，安阳桥的最小屈曲稳定系数为7.17，大于4，符合标准设计要求。1.4空间钢网拱桥抗震性能研究安阳桥为拱桥，，在抗震设计中，在中承式梁拱桥的根底上采用减隔震体系的设计，计算时采用上部主拱与下部根底为刚接。计算方法计算分析采用反响谱法，详细分析桥梁结构在两种概率水平E1及E2的地震输入下的地震反响，并考虑结构的几何非线性、支座边界单元的非线性、桩-土-结构相互作用的影响及主桥与引桥的相互偶联作用的影响。对于反响谱确实定，本桥可按抗震细那么、城市抗震标准、?天津市响螺湾中心商务区——于家堡金融区场地地震平安性评价报告?确定设计反响谱〔详见表1.1〕。其中地震波形采用E1、E2地震波〔详见图1.7〕。表1.1设计水平反响谱最大值设计反响谱抗震细那么城市桥梁抗震标准响螺湾安评报告E1地震0.7460.6920.864E2地震0.4390.2060.528a)E1地震设计反响谱b)E2地震设计反响谱图1.7地震设计反响谱通过反响谱法计算后，其相应计算结果如下列图1.8和表1.2。图1.8全桥最大应力计算值在E1、E2地震作用下，全桥最大应力计算值不超过300MPa，均满足材料强度要求。在E1、E2地震作用下，发现E1、E2作用下拱脚处位移均呈线性比例相关关系，通过归一化后两者位移均相同，故这里需列出E1地震作用下拱脚处位移情况。不难发现，在水平地震E1x方向作用下，拱脚1、2的横桥向位移DX、竖向位移DZ及绕纵桥向转角RX相近，而拱脚1绕横桥向转角RY非常大，拱脚2的RY却比较小；在水平地震E1y方向作用下，根本规律同E1x时的情况；即在水平地震作用下主要影响桥梁绕横桥向转角。在竖向地震E1z作用下横桥向位移DY、竖向位移DZ、绕纵桥向RX及绕竖向RZ均相近，而两拱脚的纵桥向位移DX及绕横桥向转角RY却相差很大。即在竖向地震作用下主要影响桥梁纵桥向位移及绕横桥向转角。故设计此类型桥梁时应注重横桥向刚度和纵桥向约束情况。表1.2E1地震作用下拱脚处归一化位移位置地震方向E1xE1yE1z拱脚1拱脚2拱脚1拱脚2拱脚1拱脚2位移纵桥向(DX)10.320.010.010.240.06横桥向(DY)0.010.010.350.3600竖向(DZ)0.50.450.010.010.340.36转角绕纵桥向(RX)0.030.041.941.970.010.01绕横桥向(RY)6.441.580.19绕竖向(RZ)000000二.沿海既有桥梁耐久性检测加固关键技术研究本次社会实践第二局部的内容主要包括七个方面，分别是滨海新区已建跨海河干流桥梁耐久性现状、滨海新区已建桥梁运营过程中可能出现的桥梁病害、海河开启桥的耐久性及后期检测加固的关键技术、天津市区桥梁的耐久性及检测加固现状、滨海新区公路桥梁与城区市政桥梁耐久性问题的差异、合理的养护与检测加固建议。天津地区耐久性根本概况及设计方法1、耐久性设计内容及设计方法据1994年铁路部门统计：在总数为33600座桥梁中，有6137座为病害结构，其中预应力结构有2675座有病害，此外近几年桥梁因耐久性低而出现坍塌事故愈来愈多，结构耐久性一直是国内外设计研究人员的关注重点，但仍不能满足现状的需求，由此可见耐久性研究仍需要进一步深化。本次社会实践的主要目的是考察被誉为“桥梁博物馆〞的天津市区和滨海新区跨海河桥梁耐久性问题。经统计，天津市跨海河干流现有23座桥梁，详见表2.1。表2.1天津市跨海河干流桥梁形式拱桥梁桥悬索桥斜拉桥组合桥开启桥桥名金钢桥、大沽桥、直沽桥、国泰桥狮子林桥、北安桥、大光明桥、光华桥、海津大桥、桔兆桥、南疆公路大桥富民桥赤峰桥、刘庄桥、滨海大桥、海河大桥进步桥、金阜桥、西外环海河桥金汤桥、解放桥、海门大桥、海河开启桥对于混凝土结构耐久性，目前有?铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定?(铁建设[2023]157号)[1]、?海港工程混凝土结构防腐蚀技术标准?(交通部JTJ275)[2]、?公路工程混凝土结构防腐蚀技术标准?(交通部JTG2023)[3]、?混凝土结构耐久性设计规程?(山东省技术标准DBJ14-S6-2023)[4]，但交通行业尚未相应的国标设计标准。2023年清华大学土木工程系牵头主编了?混凝土耐久性技术标准?，其关于耐久性设计具体内容包括选型、材料、构造、附加措施、施工质量及维护与检测等6个方面。对于天津地区,天津建设管理委员会制订了?天津市钢筋混凝土桥梁耐久性设计规程?[6]，完善了?混凝土耐久性技术标准?中相关内容，并有针对性地规定了天津地区桥梁的耐久性设计具体内容及相应的措施，主要包括8个方面，具体如下列图2.1所示。图2.1.耐久性技术标准设计内容针对天津地区的桥梁所处的环境，天津市市政工程设计研究闻宝联[7]等人对天津滨海地区钢筋混凝土桥梁病害进行调查，并建议了相应的提高耐久性措施。具体详见下表2.2。表2.2天津地区桥梁耐久性设计内容及措施耐久性设计内容所处环境措施桩基地下水中硫酸根离子、镁离子、氯离子等化学腐蚀提高混凝土密实性、添高效减水剂、引气剂、掺矿粉、粉煤灰等活性粉末墩柱、桥台地下水位较浅，随潮汐变化而有规律波动，在迁移过程中结晶且地表附近墩台还受冻害破坏作用提高混凝土密实性,引入引气成分,掺混凝土防腐剂。在地表以下600mm和地面以上1500mm范围内硅烷乳液浸渍处理桥梁上部结构潮湿海风携带氯离子;化冰盐水的渗漏以及被盐水湿润后盐冻破坏提高混凝土的密实性以及表层混凝土的质量，引人引气组分防撞墙化冰盐水溅射，盐冻破坏和盐结晶腐蚀严重，二氧化碳及二氧化硫浓度高使用阻锈剂,外表进行硅烷浸渍处桥面、细部防水受桥梁受力变形特点、当地气候、施工管理水平及经济开展水平影响结构细部存在阴阳角用涂料类适宜,而桥面出现负弯矩那么用卷材合理。,对于结构耐久性设计的主要理论和方法，公路工程混凝土结构防腐蚀技术标准(JTG/TB07-01-2023)[3]给出了具体的评定方法(详见表2.3)。表2.3结构耐久性设计的评定方法评定方法具体内容备注环境指数评定法其中，耐久指数Tp，环境指数Sp，S0为标准环境条件下的环境指数值；△Sp为盐分和冻融的影响，为恶劣环境的环境指数增分值，△Sp根据具体环境条件的不同进行选择。基于随机动态可靠度的耐久性设计结构抗力随机过程R(t)，结构荷载随机过程S(t)，功能函数Z(t)基于使用寿命设计和全寿命经济性控制耐久性设计，，td、γt、tg分别为设计使用寿命、使用寿命平安系数和目标使用年限；Dmax为构件最大容许退化，Dg为tg时刻的退化均值，vD为退化的变异系数，可靠度指标β2、影响耐久性的主要因素通过国内外文献资料，影响桥梁耐久性主要因素包括外部因素和内部因素〔如图2.2所示〕，提高耐久性的目的就是提高结构使用寿命，保证结构正常平安使用。日本预应力混凝土技术协会主编的?钢-混组合桥设计施工规准?中混凝土结构耐久性产生影响的主要因素也包含在其中。图2.2影响耐久性的主要因素对于外部因素，天津年平均气温约为14℃，7月最热，月平均温度28℃。1月最冷，月平均温度-2℃。按?公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准?(JTGD62-2023)[8]中1.0.9条可知，天津地区为微冻地区，该地区的桥梁结构存在较小幅度的冻融现象。桥梁结构中引起混凝土及钢材裂缝原因较多，主要有：收缩徐变、温度应力、结构材料、养护条件及施工质量等因素[7]。天津市为滨海城市，空气中的氯离子含量较高，不可防止地影响天津地区桥梁结构耐久性，这也是本次社会实践中专门分析评价滨海新区及天津市区因氯离子对桥梁耐久性影响程度的重点关注对象。自1988年海河水质污染防治研讨会召开以来，海河水质污染防治一直是天津市环保部门高度重视的工程。在2023年海河水系受到重度污染后，环保部门更是高度重视，专项拨款24亿用于治理海河水质的主要污染〔五日生化需氧量、高锰酸盐指数和氨氮〕。据天津市环境监测中心对天津海河三岔口水质污染状况进行监测的数据，发现海河的水质状况根本比较稳定，pH值变化不大，只在酸雨作用的夏季雨量最丰富的7～9月份较低。此外，通过对2023～2023年主要污染物情况比较发现，主要污染因子为氨氮和高锰酸盐指数〔如图2.3所示〕，而且每年7、8及9月氨氮明显增高，外部来水对海河水质影响明显，各项监测指标由夏季时符合地表水Ⅴ类或劣Ⅴ类水质标准过渡到符合地表水Ⅲ类水质标准。在无外部来水的情况下，海河水质状况变化不大，总体水质为Ⅴ类。a)水质高锰酸盐指数变化趋势图b)水质氨氮变化趋势图图2.3天津海河水质指数变化趋势图据天津气象报告可知，该地区年平均降水量在360－970毫米之间，(1949－2023)年平均值是600毫米上下，在7、8、9月份天津地区的酸雨更是加剧钢材锈蚀，这也是海河水平面以上桥梁结构必须考虑的一个关键因素。对于内部因素，许多桥梁设计标准已作相应的限定。如?公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准?(JTGD62-2023)[8]中1.0.7条规定公路桥涵应根据其所处环境条件进行耐久性设计，并在表1.0.7中给出了结构混凝土耐久性的根本要求。对于天津地区其环境条件为Ⅲ类海水环境，最大水灰比：0.45，最小水泥用量：300kg/m3，最低混凝土强度等级：C35，最大氯离子含量：0.10%，最大碱含量：3.0kg/m3；对于预应力混凝土构件中的最大氯离子含量：0.06%，最小水泥用量：350kg/m3，最低混凝土强度等级：C40。另外主要受拉钢筋宜采用环氧树脂涂层钢筋。再如铁道部2023年实施的?铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定?铁建设(2023)157号[1]中规定混凝土耐久性指标包括：混凝土的抗裂性、护筋性、抗冻性、耐磨性及抗碱—骨料反响性等。此外?公路工程混凝土结构防腐蚀技术标准?(JTG/TB07-01-2023)[3]中3.0条及?天津市钢筋混凝土桥梁耐久性设计规程?[7]中3.3条也有相关规定。查二者标准表可知，对于天津地区环境条件为Ⅲ类海水环境，滨海新区桥梁上部结构处于轻度盐雾区，天津市区桥梁上部结构处于重度盐雾区〔详见表2.4〕。表2.4天津地区和滨海新区桥梁结构所处环境等级及材料要求要求天津市区滨海新区结构所处环境等级上部结构E级(重度盐雾区)D级(轻度盐雾区)桥墩E级D级(长期浸泡在海水中)桩基E级E级材料、添加剂要求上部结构硅酸盐水泥：PI、掺混合材料6~15%的PO、掺混合材料不大于5%的PII，矿物掺合料用量：不超过20%桥墩桩基?天津市钢筋混凝土桥梁耐久性设计规程?[7]中规定：保证桥梁耐久性应有必要的构造要求，以隔绝或减轻环境因素对混凝土作用，控制混凝土的裂缝产生及提供足够厚度的保护层。其中保护层厚度方面，?混凝土结构设计标准?GB50010-2023中对普通钢筋和预应力钢筋最小保护层厚度进行了规定，如III类环境中，根底及桩基承台不小于60mm，墩台身最小为45mm。与GB50010-2023中保护层厚度规定不同，?天津市钢筋混凝土桥梁耐久性设计规程?[6]综合考虑了施工偏差等因素规定：对于先张预应力混凝土桥梁保护层厚度，一般不小于非预应力钢筋保护层厚度最小值厚度与施工负误差之和。对于直线段后张预应力钢筋，浄保护层厚度为护套或孔道管外缘至钢筋外表的距离，其值不应小于护套或孔道管得1/2，对于曲线段预应力混凝土构件浄保护层，按JTGD62相关规定。III类环境中，对于封端混凝土应外加阻锈剂，且混凝土封端的保护层厚度不小于50mm，在盐类腐蚀环境下不小于80mm。在本次社会实践中，北京市奥林匹克公园某一连续斜腿刚构桥在边跨封端保护层因栏杆安装过程中施工质量差而明显不满足要求〔如图2.4所示〕。团队成员与连续刚构桥合影封端保护层情况图2.4.北京市奥林匹克公园某一连续斜腿刚构桥滨海新区已建跨海河干流桥梁耐久性现状滨海新区已建桥梁所处的环境与天津市区相比，空气中和水中氯离子含量均略高。相应的结构设计要求会高一点。且大桥地下水、河水具有强腐蚀性，在配置混凝土时需添加防腐剂。对于天津市滨海地区混凝土桥梁，2023年天津市市政工程设计研究院闻宝联[7]等人在耐久性主要影响因素的根底上，认为混凝土桥梁劣化模式的主要有：1〕盐结晶腐蚀：2〕水冻融破坏；3〕盐冻破坏；4〕钢筋锈蚀破坏；5〕结构受力破坏；6〕碱-骨料反响破坏；7〕综合破坏等7大方面。以下可借鉴此劣化模式对滨海新区海河桥梁进行分析研究。1、海河大桥在海河入海口处,新建海河大桥与平行的老海河大桥组成一对反对称的双塔“姊妹桥〞〔详图2.5〕，成为新区的一道靓丽风景和城市标志性建筑。新建海河大桥位于海河入海口处，已建海河大桥东侧，与原桥桥面净距离12米。大桥全长2033米，桥宽23米，为主跨310米双索面混合梁独塔斜拉桥，其钻石型主塔高165.8米。原桥新桥宽：24m宽：原桥新桥宽：24m宽：23ma)海河大桥b)海河大桥新旧桥断面c)原桥在刚度突变处腹板顶面纵向裂缝d)新桥U肋断面改良形式图2.5新旧海河大桥比较原海河大桥全桥箱内吊点横隔板34个，普通横隔板146个，在2023年检测中共有101个普通横隔板开裂，204条裂缝；U肋与横隔板焊接处焊缝开裂，全桥共269处；U肋与顶板焊缝开裂79处，这些部位均发生在应力集中位置，远远不能保证结构耐久性。此外，顶板纵肋与左右桥面钢板刚度不匹配导致桥面板上部混凝土出现通长纵向裂缝(图5-c))。针对原海河大桥出现的病害，新建海河大桥采用的钢箱梁截面中顶板、底部、横隔板及U肋的厚度〔详见表2.5〕有较大提高，这种设计处理方式能大大提高钢箱梁的耐久性。表2.5.新旧海河大桥截面厚度比较单位:mm顶板底板吊点横隔板普通横隔板顶板U肋底部U肋原桥141212(24)106×300×2606×300×260新桥161614148×300×3006×300×2602、海河开启桥海河开启桥是目前世界上最大的立转式开启桥之一，也是亚洲同类桥梁中规模最大的。该桥主跨76m，净跨为68m，为亚洲同类最大跨度开启桥，桥梁转动半径为38m、桥梁开启最大角度85°，桥下通航净宽度68m，在不开启状态下其净空大于7m，开启时净空超过27m。开启桥桥墩为深水、大体积混凝土施工，浇注混凝土6000m3，且本桥所处的海河水具有强腐蚀性，而主墩腔室周长为116m的薄壁环形封闭结构，壁厚为2m，墩腔内部安装机械、液压、电控等设备，要求混凝土墙壁不能出现任何裂缝，一旦出现，渗水将直接影响设备的正常工作和寿命，这也是本桥耐久性设计的关键。表2.6.海河开启桥耐久性设计指标混凝土等级最大氯离子含量最大碱含量防腐蚀抗渗性抗冻性抗氯离子渗透性抗硫酸盐腐蚀性C300.15%2.0kg/m3SRA-1型砼P8F300很低明显增强工程部联合高等院校进行了?海河开启桥高性能混凝土成套技术研究?的技术攻关，试图解决砼配合比、砼防腐、砼防冻、砼抗震、砼抗渗等5项技术难题。但本次社会实践中发现，强腐蚀性河水已使防撞墙外部的SRA-A型混凝土防腐蚀层(图2.6-b))遭受大面积严重腐蚀，而且腐蚀区域沿墙身呈上升趋势，且混凝土完全暴露在河水和空气中，这种问题在边跨河水中的桥墩造成的盐腐蚀更为明显，与水面接触的桥墩沿四周明显变黑。因此这将仍是海河开启桥需要在未来解决的耐久性问题。此外本次社会实践中，步行梯(图2.6-c)及d))因长期暴露在露天环境中而遭受严重锈蚀，特别在与立柱结合处的焊缝位置，这些位置承受较大弯矩。边跨T梁桥墩盖梁处(图6-e))明显受雨水侵蚀，对该处的橡胶支座造成一定的腐蚀。在箱梁中部截面栏杆外侧排水口处(图6-f))因桥面板低凹而造成严重锈蚀。a)团队成员与海河开启桥合影b)防撞墙防护层腐蚀情况c)步行梯上部锈蚀情况d)步行梯下部锈蚀情况e)海河开启桥盖梁受雨水侵蚀情况f)排水口处锈蚀情况图2.6海河开启桥3、海门大桥海门大桥建成距今已有30年了，是我国目前开启跨度最大、提升高度最高的直升式钢结构跨河桥。桥总长550.1m，主桥分跨为2×48+64+2×48(m〕，采用简支下承式栓焊钢桁梁。在活动孔两侧建有45米高的提升钢塔架，作为开启通航道。大桥开启时，净宽60米，净空高31米。在本次社会实践中，据天津市民介绍，许多超载车使得大桥振动幅度大，且曾经造成桥面板断裂。升降平台关系到中跨桥段整体提升过程中的平安性，故细部耐久性的作用必须重视，调研时发现提升缆索和提升钢梁螺栓出现明显锈蚀情况(图2.7-b))，建议有关部门及时进行涂装处理，对已严重锈蚀部位或裂缝部位及时整改。a)团队成员与海门大桥合影b)升降台锈蚀情况图2.7.海门大桥滨海新区已建桥梁运营期间可能出现的桥梁病害通过对前面滨海新区已建三座桥梁的耐久性现状调研，总结起来，运营期间桥梁的病害主要为以下5大方面：1)防撞墙及桥墩等与河水接触的部位遭受强腐蚀性河水腐蚀；2)长期暴露在露天环境中，承受拉应力及压应力钢结构构件及焊接部位易遭受锈蚀；3)桥梁伸缩缝处及桥面低凹处因防排水不畅导致支座、下部结构及桥面遭受侵蚀；4)桥面板纵肋或横肋与其附近钢板刚度不匹配导致桥面板上部混凝土出现通长裂缝。5)动力装置部位容易因涂装层脱落而锈蚀。海河开启桥的耐久性及后期检测加固的关键技术1、海河开启桥的耐久性现状天津海河上曾出现过六座不同开启方式的开启式钢桥,它们分别是:建于1906年的金汤桥、建于1917年的金华桥、建于1922年的金钢桥、建于1923年的解放桥及建于1985年的海门大桥及建于2023年的响螺湾海河开启桥。其开启类型、开启方式及现状详见表2.8。表2.8.天津跨海河开启桥桥名建造时间开启类型开启方式现状金汤桥1906年平转式开启钢桥电力启动改建为人行桥金华桥1917年双叶立转下承开启人力开启现已撤除金钢桥1922年双叶立转开启式桥电力开启改建为新彩虹式金钢桥解放桥1923年双叶立转式开启桥电力启动供公路车辆及行人使用海门大桥1985年直升式开启钢桥电力启动供公路车辆及行人使用响螺湾海河开启桥2023年双叶立转式开启桥电力启动供公路车辆及行人使用对于金汤桥和金华桥，两座桥梁因耐久性问题不满足原设计要求而改建或撤除，金汤桥2023年在恢复设计原貌的根底上进行了加固整容并恢复了原有的开启功能，其中，金汤桥的东岸装有电动系统控制装置，在启动时，桥体以靠近东岸的桥墩为轴逆时针水平旋转，十分钟后金汤桥桥体可转动90度。对于金钢桥，将原桥进行撤除改建为钢-混组合结构连续梁桥，并在其上方修建彩虹式系杆拱桥。解放桥因耐久性问题很早就不能实现开启，在2023年经过全部重新整改和替换之后现已作为公路和行人使用，恢复原来开启功能。海门大桥经过20多年之后不能满足耐久性要求，在2023年作了相应的维护。对于响螺湾海河开启桥,在?海河开启桥高性能混凝土成套技术研究?的技术支持下，该桥结构目前处于正常使用状态，响螺湾海河开启桥自2023年建成至今暂未作相关加固。但在构造细节上尚存在如滨海新区已建桥梁运营期可能出现的桥梁病害一节中已重点总结的三个相关问题,即步行梯因长期暴露在露天环境中而遭受严重锈蚀，特别在与立柱结合处的焊缝位置；边跨T梁桥墩盖梁处明显受雨水侵蚀，对该处的橡胶支座造成一定的腐蚀；在箱梁中部截面栏杆外侧排水口处因桥面板低凹而造成严重锈蚀。2、海河开启桥后期检测加固关键技术在前一小节中，介绍了六种开启桥的耐久性现状，其中对开启桥进行加固的开启桥主要有两座，一为解放桥，二为海门大桥。解放桥在2023年进行改造，对电路、传动等开启系统的全面整修，恢复了原有的可开启功能，同时对整个桥的钢梁进行了维修和加固，并重新油饰。对锈蚀严重的局部零部件进行了1:1的复制和更换。海门大桥在2023年分两阶段进行维修，第一阶段主要是维修大桥的引桥、引路，包括更换护栏和路灯等设施。第二阶段对主桥直升式钢结构进行维修，包括更换相关部件，处理锈蚀局部，重刷防腐漆等。从以上跨海河开启桥加固维修具体措施来看，跨海河开启桥需主要关注铆接、焊接工艺、防腐工艺及开启系统等三大加固养护方面，具体思路如图2.8所示，各分项应符合加固、养护等相关设计施工及验收标准相应要求。图2.8天津跨海河开启桥修复思路天津市区桥梁的耐久性及检测加固现状天津市区跨海河桥梁有10余座，本次社会实践重点考察了以下8座桥梁的耐久性。1、赤峰桥桥天津赤峰桥主桥为独斜塔双索面弯斜拉桥。该桥桥面长226米、宽30.95米，桥面设双向6车道。主塔为局部预应力钢筋混凝土结构，采用斜塔形式，塔垂直高度为64.923m，塔身轴线与大地平面垂直夹角为63˚。赤峰桥出现的主要问题在于暴露在空气中的斜拉索下锚头油渍溢出外表，且外表涂层受污染(图9-b))，塔顶建筑与索塔接触部位略有局部锈蚀。a)团队成员与赤峰桥合影b)锚头锈蚀情况图2.9赤峰桥2、金阜河桥金阜河桥全长192米,宽23.5米。桥身采用轻型非对称结构,两侧人行桥与主桥构成一个三维立体结构，影响桥梁耐久性主要存在的问题在于排水口处排水不畅导致排水口附近钢板锈蚀(图2.10-b))。a)团队成员与金阜河桥合影b)排水口处锈蚀情况图2.10.金阜河桥3、直沽桥直沽桥全长257.3m，桥面宽度最大为58.5m。全桥有27道飞跨拱、68片钢结构“花瓣〞和296根吊杆，全桥27道拱，每三道形成一组跨，夹在三道拱之间的就是花瓣状的钢结构，整座桥共有68片“花瓣〞，每片“花瓣〞由两个钢制“三角形〞组成。“钢锅盖〞共有36种大小，边长位于3~7m之间。天津直沽桥耐久性存在的主要问题在于：1)与拱架连接的局部斜向吊杆节点处锈蚀严重(图2.11-b))；2)边跨斜腿端部螺栓锈蚀严重(图2.11-c))；3)人行天桥外伸钢臂工字钢翼板与腹板焊缝处及翼板上外表均存在锈蚀情况(图2.11-d))；4)钢拱架拱脚混凝土外表裂缝明显(图2.11-e))；5)局部钢拱架拱脚处长期暴露在湿润空气中导致在拱脚处有锈蚀情况(图2.11-f))。容易发现，发生锈蚀的这些部位均为拉压应力较大部位。a)团队成员与直沽桥合影b)斜拉索锚头锈蚀位置c)边跨斜腿端部锈蚀位置d)人行天桥外伸钢臂锈蚀位置e)钢拱架拱脚混凝土外表裂缝情况f)钢拱架拱脚锈蚀情况图2.11直沽桥4、富民桥富民桥是一座主跨为157m的单塔空间索面悬索桥，采用“船形〞结构造型，与李公楼桥“船形〞区别较大，为后来的江东大桥提供一定的技术支撑。该桥的非线性突出的影响因素主要有：荷载作用下的结构大位移、缆索自重垂度效应、缆索初内力、混凝土收缩徐变等。在调研单塔空间索面自锚式悬索桥——富民桥时，发现存在以下几个问题：悬索桥自锚端受雨水侵蚀严重(图2.12-b))；人行天桥竖杆和横杆节点(图2.12-c)~d))、在索塔中部(图2.12-e)~f))、梁与墩支座内外交界处(图2.12-g))、吊杆套管(图2.12-h))及离索塔最远端的斜吊杆锚固端部(图2.12-i)~l))发现假设干不同程度锈蚀情况，其中在塔最远端的斜向吊杆锚固端局部处，3处有明显长裂纹，根本分布在高强螺栓周围，且这些裂纹根本锈蚀严重，由于此吊杆较短且吊杆承受应力大，在锚固端引起的应力集中非常明显，这在“短吊杆效应〞中必须高度重视。a)团队成员与富民桥合影b)悬索桥自锚端受雨水侵蚀情况c)人行天桥竖杆和横杆节点锈蚀情况d)竖向吊杆在三向焊缝处锈蚀情况e)索塔锈蚀位置f)索塔锈蚀局部g)支座锈蚀情况h)吊杆锈蚀情况2#1#3#2#1#3#i)吊杆锚固端裂纹j)1#局部裂纹k)2#局部裂纹l)3#局部裂纹图2.12富民桥5、光华桥新改建光华桥主跨为192米，双向6车道.始建于1977年，后历时1年的改造于2023年通车。原光华桥主桥结构形式为三跨筒支单悬臂中孔加吊梁结构，新改建桥撤除原挂梁两边T形梁各两片换成钢筋混凝土箱梁。光华桥的主要问题存在于栏杆底端受河水腐蚀严重(图2.13-b))，且在外包层因防排水处理不当而出现水渍情况(图2.13-c))，在桥面伸缩缝处损害较为严重(图13-d))。a)团队成员与光华桥合影b)栏杆底部锈蚀情况c)外包层受河水侵蚀情况d)桥面伸缩缝处情况图2.13光华桥6、刘庄桥刘庄桥为海河上第一座独塔斜拉桥，桥塔高42米，塔柱为矩形实体，桥面采用栓焊钢板梁与预制混凝土板组成的叠合梁结构。桥长121.75米，3孔，跨径分别为32米、71.85米和12.04米。1991年，在原址改建跨越海河的独塔斜拉桥，后由于长期重车荷载引起的振动、风吹日晒等多方原因,致使该桥损坏严重，在海河整体改造过程中，刘庄桥整修工程于2023年9月主要对栏杆及大小灯杆进行除锈，补修板梁接缝，墩体涂刷防水材料，改造泄水孔等展开维修，而对因结构受力引起的非线性变形未做处理，10年已过，刘庄桥已仅作为人行天桥来使用，整个桥面非线性变形非常突出，索塔上部出现假设干明显锈斑(图2.14-a))，斜拉索锚头严重锈蚀((图2.14-b)))，桥面钢纵梁与横梁接头明显锈蚀((图2.14-c)))，横向、纵向桥面大面积裂缝(图2.14-d))。不难看出，全桥出现比较严重的问题，关键在于主梁截面刚度的不合理布置，且栓焊钢板梁与预制混凝土板组成的叠合梁结构的主梁截面整体性较差，如桥面纵向裂缝主要由主梁纵肋与两侧桥面板抗弯刚度完全不匹配，导致局部斜拉索应力损失，而使得纵肋上部混凝土产生拉应力导致裂缝的出现，而横向裂缝主要是由于横隔板的间距过大而造成的。故叠合梁结构桥梁设计时应在保证受力合理的前提下提高整体性。a)桥面非线性变形情况b)斜拉索锚头锈蚀情况c)桥面钢纵梁与横梁接头锈蚀情况d)横向、纵向桥面裂缝情况图2.14.刘庄桥7、保定桥钢与混凝土组合结构，主跨采用钢箱梁结构，边跨采用预应力混凝土箱梁结构，风帆造型的桥梁主塔高50米，为钢混结构。该桥总长231米。桥梁主跨长120米，连同桥两侧道路，全长570米。主塔塔高50米，向西倾斜75度，塔形简约。斜拉索采用疏索形式倾斜,主跨桥面连接6根斜索，索距15米。保定桥与刘庄桥均为独塔斜拉桥，两者出现的问题不同，刘庄桥的主要问题在于主梁结构刚度问题，而保定桥的主要问题那么主要为主塔弯曲刚度问题(图2.15-b))，倾斜塔两侧斜拉索拉力大小不一致，使得塔顶两侧水平力不同，不平衡水平力引起的弯矩由主塔承当，而主塔刚度沿主塔倾斜方向变化，即形成了上部受两端水平力和竖向力同时作用而下部为固端约束的根本力学模型，在中部内凹处(图2.15-c))，不平衡弯矩更大，截面曲率变形增大，直到到达新的平衡状态。a)团队成员与保定桥合影b)索塔中间部位局部内凹设计状态变形现状设计状态变形现状c)索塔内凹变形原因分析图2.15保定桥8、金汤桥金汤桥始建于1906年，是天津最早、也是目前国内仅存的三跨平转式开启的钢结构桥梁。桥长76.4米，总宽10.5米。现已作为人行桥使用，经过假设干年的养护维修，仍存在一些问题，其中变形最突出的部位位于平转段两端点，因为在平转前后，端节点及相应的弦杆出现拉压应力交替变形情况，如图2.16-b)中间斜杆工字钢与涂装层粘接应力不够，引起工字钢截面沿焊缝方向出现比较严重锈蚀情况，2.16-c)、2.16-d)及2.16-e)图中端节点沿纵桥向加劲板在竖向荷载作用下发生局部屈曲，甚至导致粘结钢板之间粘结应力完全丧失。a)平转时的金汤桥b)中间斜杆工字钢锈蚀情况c)端节点1变形情况d)端节点2变形情况e)中间桁架节点变形情况图2.16金汤桥将以上8种情况总结，天津市区桥梁耐久性存在的主要问题如下表2.9所示。表2.9天津市区桥梁耐久性调研情况桥名耐久性调研情况赤峰桥暴露在空气中的斜拉索下锚头外表涂层、塔顶建筑与索塔接触部位局部锈蚀金阜河桥排水口附近钢板锈蚀直沽桥斜向吊杆节点处、边跨斜腿端部螺栓、人行天桥外伸钢臂工字钢翼板与腹板焊缝处及翼板上外表、钢拱架拱脚处均锈蚀；且钢拱架拱脚混凝土外表裂缝明显富民桥悬索桥自锚端、在索塔中部、梁与墩支座内外交界处、吊杆套管及离索塔最远端的斜吊杆锚固端部及其高强螺栓周围锈蚀光华桥栏杆底端腐蚀严重，在桥面伸缩缝处损害严重刘庄桥主梁截面刚度的不合理布置，主梁截面整体性较差，桥面纵向裂缝、横向裂缝严重金汤桥平转段两端点明显变形，中间斜杆工字钢与涂装层因撕裂而锈蚀滨海新区公路桥梁与城区市政桥梁耐久性问题的差异通过对天津市区与滨海新区已建桥梁的耐久性现状调研，发现天津市区及滨海新区桥梁耐久性主要问题的共性有以下四个方面。1)设计刚度不匹配严重影响桥梁结构耐久性，这也是本次社会实践中发现的最严重的问题。桥面板纵肋或横肋与其附近钢板刚度不匹配导致桥面板上部混凝土出现通长裂缝，如滨海新区的海河大桥和天津市区的刘庄桥；再如因主塔弯曲刚度问题致使保定桥主塔中部内凹。2)长期暴露在露天环境中，承受拉应力及压应力钢结构构件及焊接部位易遭受锈蚀，如3)桥梁伸缩缝处及桥面低凹处因防排水不畅导致支座、下部结构及桥面遭受侵蚀，如天津市区的金阜河桥、保定桥和滨海新区的海河开启桥。2023年天津市政工程研究院夏宝驹研究团队对滨海新区桥梁耐久性状况调研，发现实际上类似的病害在滨海新区所有的桥梁上都有发生,至少有70%以上的桥梁伸缩缝发生渗漏水,对应其下的所有盖梁都有不同程度的冻伤、钢筋锈蚀、梁体外表出现裂缝,而且其中的一些桥梁运营仅10年左右。4)动力装置部位容易因涂装层脱落而锈蚀。如滨海新区的海门大桥和响螺湾海门开启桥。滨海新区公路桥梁与城区市政桥梁耐久性问题的主要差异在于因桥梁所处环境等级不同桥梁不同部位〔上部结构、桥墩及桩基等〕受盐类腐蚀程度大小。天津市区与滨海新区桩基在设计标准环境等级中均处于的E级环境中，其地下水中氯盐、硫酸盐、镁盐寒冷都高于海水，另外桩基以下局部状况无法调研，故只能从上部结构和桥墩下部结构状况总结差异性。1)对于下部结构滨海新区在气候上属于寒冷地区，地质上属于盐碱滩涂地带，很多区域的，桥梁遭受氯盐腐蚀严重，使得防撞墙及桥墩等与河水接触的下部结构遭受强腐蚀性河水腐蚀。与此相似，夏宝驹研究团队在2023年的调研中也发现桥梁的防撞墙下部、墩柱根部的盐腐蚀和盐冻非常严重。天津市区桥梁下部结构受腐蚀程度低于滨海新区桥梁。2)由天津市耐久性标准规定可知，天津市区桥梁上部结构、桥墩所处的环境等级E级高于滨海新区的上部结构、桥墩D级。因天津市区上部结构处于重度盐雾区，从本次社会实践桥梁调查发现天津市区桥梁上部结构受盐类腐蚀比滨海新区的稍严重。合理的养护与检测加固建议被誉为“桥梁博物馆〞的天津市在自身桥梁大开展的同时，一直着力解决本市桥梁出现的令人棘手的病害问题，特别是近四年来，天津市政公路管理局花大力气发现和整治“问题桥梁〞。自2023年7月11日在天津市深化公路养管体制改革工作会议上，制定了?关于深化天津市公路养护管理体制改革的意见?，要求确保年内消灭三类以上病害桥梁。2023年08月18日天津市桥梁进行第三次全覆盖、拉网式平安排查，采用桥梁技术等级认定体系〔BCI〕进行评分评级，这是继对独墩立交桥和钢管拱桥组织了两次桥梁隐患排查后又一大行动。到2023年10月11日，天津已集中排查了4000多座桥梁，得出结论：天津市在用道路桥梁运行状况整体上来说是可控的，主要道路桥梁运行是平安的，其中：高速公路和农村公路没有四、五类病害桥梁；普通公路有11座四类病害桥梁，无五类病害桥梁。2023年\o"点击查看天津市市政公路管理局的更多新闻"天津市市政公路管理局副局长吴秉军宣称2023年年底前天津将根本消灭问题桥梁，即要消灭主要道路上的四、五类病害桥梁，保障通行平安。同时2023年3月20日公布?天津市城市道路桥梁设施保护规定?，并于2023年06月01日开始实施。到2023年3月天津216条道路78座桥梁“病害〞已全部治理完毕，同时2023年天津重点桥梁安装“身份编码〞完善数字养管平台。通过近5年的努力，天津市市政公路管理局桥梁养管措施为国内桥梁提供了很好的借鉴作用。尽管天津市各位桥梁工作者为天津市桥梁平安作出了可喜奉献，在本次社会实践中，依然有些问题尚待解决，基于此，本报告中针对跨海河桥梁出现的问题有必要提出相关建议以作参考。桥梁养护方面问题一直是全世界关注的重点，特别是经济条件较好的国家，各个国家根据桥梁环境状况和经济条件制订了相关行业相应的防腐标准。如日本2001年制订的?混凝土标准标准书〔维护管理篇〕?、2000年预应力混凝土技术协会制订的?PC桥的提高耐用性手册?及日本道路协会制订的?钢道路桥喷涂手册?。中国1996年制订的?钢结构防腐涂装工艺标准?，2023年交通部制订的行业标准?公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件?等。从国内桥梁养护效果来看，有些桥梁养护效果不明显，而且养护后结构防腐周期短，问题根本在于未准确“对症下药〞。因此针对天津地区桥梁环境条件及桥梁技术状况，以下几个养护措施可供参考。1、钢材防腐蚀、防锈对策对于钢材防腐蚀、防锈对策，各国标准均在耐久性设计中有一定介绍，如廖肇昌?钢结构桥梁防蚀涂装技术手册介绍?中要求设计过程中必须有一定的钢桥规划及结构设计之防蚀考量，其中考量的因素应包括桥梁使用年限、桥梁设置地点之大气腐蚀华景分类、桥梁特性、规模与施工方式、相关防蚀技术有效性、施工性与耐久性、维护管理方法、制度及生命周期本钱等。审慎使用耐候钢材，曝露于严重腐蚀环境之钢材，除采用适当防蚀方法保护外，其厚度亦应酌量增加，减少桥梁曝露在腐蚀环境下之外表积。综合日本预应力混凝土技术协会制订的?钢-混组合桥设计施工规准?及?混凝土耐久性检验评定标准?(JGJ/T193-2023)[9]，钢材防腐蚀、防锈处理方式主要包括如下作法(图2.17)：图2.17钢桥涂装组成另外?钢-混凝土组合桥梁设计标准?[10]中要求一、二、三等桥梁或强、中等、弱腐蚀环境分别为30、20、15年。且钢结构外外表总干涂膜厚度：海洋区、潮湿区或强腐蚀环境不小于280μm；枯燥区或中弱腐蚀环境不小于250μm，较弱腐蚀环境不小于225μm。而钢箱梁构件内部，宜用耐久性强的环氧沥青涂料涂装，总的干膜厚度宜为200μm。对于桥梁加固方面，天津城建设计院有限公司张显杰[11]等人专门对海河综合开发工程开启桥的修复与加固作了相关阐述和建议。交通运输部公路科学研究院李健在作?公路桥梁检测评定与加固成套技术?专题大会报告时，重点研究了公路桥梁常见病害及加固措施，提出了基于检测结果的桥梁承载力评定方法体系，其中将质量状况与耐久性参数检测中依据材料性能与耐久性退化状况调整承载力恶化系数、依据构件损伤程度调整截面折减系数，协同与依据桥梁技术状况调整桥梁检算系数，三者作为承载力评定中的结构抗力效应〔图18〕。图2.18基于检测结果的桥梁承载力评定方法体系同时李健也根据一般加固原那么，如预防养护为主、不损伤原结构、加固技术可靠、施工操作方便、经济合理、养护工作少、不影响交通并作荷载试验，提出了相应的加固方法。根据目前常用加固方法，可分为主动加固和被动加固两种类型，其中主动加固可使结构应力重分布、不仅改变强度还能改变结构刚度，这种方法一般适用于承载力明显缺乏的情况。而被动加固应力分布变化不大，刚度改变不大，适用于承载力少量缺乏的情况。综合起来有如下几种加固方法〔图19〕，以供天津地区桥梁加固参考。图2.19桥梁加固方法五、实践结论1、本次社会实践解决的问题和尚需解决的问题实践中解决的问题：1)、本次社会实践,通过将天津市区和滨海新区已建的近二十几座桥梁进行耐久性调研，发现滨海新区桥梁运营期间主要存在有5大方面病害，而天津市区桥梁运营期间主要存在7大方面病害，最突出的问题为环境锈蚀。2)、天津市区和滨海新区已建桥梁运营期间存在这些病害的共性主要有设计刚度不匹配、焊接部位、排水部位及动力装置部位等四大方面，而差异性主要存在两方面问题，即天津市区桥梁下部结构受腐蚀程度低于滨海新区桥梁，而其上部结构受盐类腐蚀比滨海新区的稍严重。3)、针对该市已建桥梁耐久性现状，提出相应的一些提高耐久性措施的建议，并对出现结构严重耐久性问题提出相应的加固思路建议。实践中尚需解决的问题:1)、由于本次社会实践工作量大、任务重、时间紧，并出于平安性考虑，已建桥梁有些重要受力部位不能巡视。且社会实践耐久性测定专业装备有待于提高，比方氯离子含量、碳化深度、截面腐蚀率、混凝土强度测定等耐久性指标。建议在以后社会实践中能与检测单位合作，以提高专业化水平得到较为全面的结论。2)、本次社会实践中出现问题最多的主要是锈蚀问题，无论是主要受力部位还是构造部位，或多或少基于涂装层脱落而引起钢外表暴露于空气中，因此涂装层材料及涂装厚度对结构耐久性影响有待于进一步分析研究。2.实践单位针对实践成果的反响1)、中国建筑股份有限公司，作为全国建筑行业领军单位，已成功向桥梁等公路领域进军并取得可观硕果。在本次社会实践中，安阳道河桥工程部负责人对我们本次社会实践给予了充分的信任，以积极的态度欢送本次社会实践到安阳道河桥参观学习，对参观学习过程高度负责和并给予了大量帮助。对于团队成员提出的问题均作耐心辅导，对本次社会实践大家的积极性给予了充分肯定。2)、铁道第三勘察设计院集团有限公司〔简称“铁三院〞〕，作为国家甲级大型综合设计院，参加了朔黄铁路、京通铁路、秦沈客运专线、京沪高速铁路规划研究、京九铁路、兖石铁路、邯济铁路、京秦铁路、集二铁路、邯长铁路、天津站、北京西站等铁路工程设计，参加了伊朗德黑兰地铁、北京市、沈阳市、上海市及天津市轨道交通等工程工程。在国内外有一定的影响力。在本次社会实践活动中，桥梁处的技术负责人在我们进行桥梁测试的过程中提供了巨大帮助和支持，同时在数据处理上也给予了我们很有价值的意见和建议，并对我们的工作给予肯定。2)、天津市市政工程设计研究院，参加了津滨高速公路改扩建工程、塘承高速公路一期工程等公路市政工程，为天津市市政工程作出了极大奉献。本次社会实践活动中，滨海分院桥梁组亲切接见了团队成员，并在会上进行了充分的技术交流，并对我们的未来职业规划给予了一定的建议，对本次社会实践工程给予了一定的支持和帮助，并充分肯定了本次社会实践桥梁耐久性调研的必要性。3.需要进一步研究的问题1)、影响桥梁耐久性的因素较多，目前标准着重化学成分等环境因素限定，其他尚无统一全面的理论对不同地区桥梁进行限定。尽管相关地区亦作出桥梁耐久性规定，桥梁出现耐久性问题仍然突出，经济投入高涨，基于结构性能设计耐久性标准尚需作进一步研究。2)、从前节相关病害可知，大局部桥梁出现的最多问题主要是锈蚀问题，无论是主要受力部位还是构造部位，或多或少基于涂装层脱落而引起钢外表暴露于空气中，因此主要受力部位〔特别是动力荷载作用部位〕及构造部位的涂装层的耐久性对结构耐久性影响有待于进一步分析研究。参考文献1.中华人民共和国铁道部.铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定(铁建设[2023]157号)[S].2023.102.中华人民共和国交通部.海港工程混凝土结构防腐蚀技术标准(JTJ275-2000)[S].人民交通出版社,2001.93.中华人民共和国交通部.公路工程混凝土结构防腐蚀技术标准(JTG/TB07-01-2023)[S].北京:人民交通出版社,2023.94.山东省技术标准.混凝土结构耐久性设计规程(DBJ14-S6-2023)[S].2023.125.中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构耐久性设计标准(GB/T50476-2023)[S].中国建筑工业出版社,2023.56.张振学.新型无推力空间钢网拱桥理论分析与研究[D].河北工业大学博士学位论文.2023.67.天津建设管理委员会.天津市钢筋混凝土桥梁耐久性设计规程(DB/T29-165-2023)[S].2023.108.闻宝联，张红卫，王春阳，李美丹.天津滨海地区钢筋混凝土桥梁病害调查与耐久性设计[J].城市道桥与防洪,2023.19.中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准(JTGD62-2023)[S].北京.202310.中国建筑科学研究院.混凝土耐久性检验评定标准(JGJ/T193-2023)[S].中国建筑工业出版社,2023.211.中华人民共和国住房和城乡建设部.钢-混凝土组合桥梁设计标准(GB50917-2023)[S].中国建筑工业出版社,2023.512.张显杰,刁润胜,张振学,韩振勇,井润胜.海河综合开发工程开启桥的修复与加固[J].城市道桥与防洪,2023.9实践团成员参加人员信息学号姓名性别人员类别〔教师、学生〕学位类型雷俊卿女教师教授13115288刘昊苏男学生博士13115287桂成中男学生博士13120999陈安亮男学生学硕13121030胡春男学生学硕13125822张辉男学生专硕13125810王鸿飞女学生专硕12115288曹珊珊女学生博士12121199闫达男学生学硕10231085孟楠女学生学硕11231193游小锋男学生本科11231243刘飞男学生本科11231258张武盛男学生本科2023暑期社会实践经费使用情况序号工程费用1市外差旅费8372市内差旅费16593住宿费12944餐饮费17085办公用品3276仪器快递费165.5合计5990.5附录〔体会、心得〕2023暑期社会实践有感实践团成员陈谦社会实践总是听起来让人兴奋地一个词，今年幸运地参加了2104暑期社会实践团，对天津市在建的新型钢网拱桥施工技术及海河沿线既有桥梁耐久性检测加固关键技术进行研究调查。刚到天津站，便奔赴本次社会实践的第一站天津安阳河道桥的施工现场。驱车抵达天津滨海新区时已是中午时分，在工程施工方中建交通的工程师们的带着下，社会实践团队深入施工现场了解安阳桥的施工流程和进度，并为我们详细介绍了安阳桥的结构形式、技术特点以及在施工中面临的难题。安阳桥主桥为无推力空间钢网拱桥，主拱为双轴对称空间钢网拱结构，主梁主跨为主次梁梁格结构，左右两幅，横梁间距8m，边跨为整体正交异性钢箱梁。安阳桥的设计方案中，主拱由14道独立的小拱箱组成，小拱和拱间连接共同形成主拱，从而形成空间钢网拱结构。在桥面以下，由于其截面变小，为钢拱箱结构。拱箱和小拱的接触段的构造处理，空间位置复杂的小拱箱，吊装过程中各个拼接截面不同等问题都造成巨大的施工困难。社会实践的第二局部是对海河沿线的桥梁进行调研，海河沿线桥梁桥型丰富，包括中承式全钢结构拱桥直沽桥，桁架拱桥国泰桥，单塔空间索面自锚式悬索桥富民桥，单塔无背锁斜拉桥保定桥。海河沿线的桥梁不仅形式各异，建成年代也跨越近100年，有始建于1906年的金汤桥，建于1927年全钢结构可开启的桥梁解放桥，也有于2023年建成的大沽桥。针对海河沿线各种具有代表性的桥型以及年代，社会实践小组记录各种桥型在运营过程中出现的病害，例如混凝土桥梁出现的裂缝，缆索支撑桥梁出现的吊索不同程度的腐蚀等，以此来评估这些桥梁的耐久性，并提出可行的养护维修加固建议。本次社会实践接触到屹立在天津海河之滨的十多座桥梁，感受到100多年来桥梁技术的开展进步和桥梁设计理念的革新，也目睹了桥梁在饱经岁月洗礼后出现的各种病害。面对日益繁重的交通量，桥梁作为道路交通的心脏，承载着开展的重任，我们也肩负着承重的使命。天津社会实践总结实践团成员张辉本次天津社会实践的重要行程：沿海河流域调研已建桥梁情况和参观调研安阳道跨海河大桥的施工建设。在沿海河流域调研已建桥梁情况的过程中，我们实地参观了海河流域市区局部的局部桥梁。永乐桥：拥有世界唯一一座建在桥上的摩天轮；金汤桥：天津现存最早的大型铁桥之一；大沽桥：获得全球桥梁设计建造最高奖；金刚桥：像彩虹一样的桥梁；进步桥：犹如一辆行驶中的火车；解放桥：一座可以开启的桥梁，将机械设计和桥梁设计桥梁的结合在一起……正如天津所宣传，海河上的桥梁可以说做到了一桥一景，每座桥梁都和周围的环境融合在一块，将桥梁美学运用的恰到好处，值得我们这些后生去思考，去领悟。参观学习安阳道跨海河大桥的施工建设。在现场工程师讲解的过程中我们了解到：安阳道跨海河大桥位于天津滨海新区中心商务区，是天津滨海新区跨海河的第一座重型钢结构桥梁桥梁全长857米，主跨220米，总建筑面积近2万平方米。其主桥采用轻巧独特的钢网组合拱结构形式，造型新颖独特，结构受力非常复杂。现场施工也是困难重重：如何顺利完成不同厚度钢板的焊接和如何使叠合拱在误差范围内顺利拼接。我们也深刻体会到利用建筑信息模型〔BuildingInformationModeling〕来进行施工模拟和施工控制的重要性。另外一方面，作为设计方在进行设计工作的时候，在能实现既有桥梁美观要求的前提下，也可以多考虑施工难度和施工本钱。也说明，一项工程的顺利完成需要施工、设计等多方的沟通配合才能顺利完成。通过交流学习，也更好了解到设计院、施工单位对毕业生的工作技能要求，如何将所学应用到生产实践中是我们在校学生所要去思考的。很感谢谢师兄们的热情接待，让我们有了这次受益颇多的社会实践活动。暑期社会实践感想实践团成员胡春这个暑假随课题组去天津做了一次社会实践，主要内容有以下几局部：一、考察天津海河沿岸已建桥梁的结构以及维护情况，二、实地考察天津滨海新区在建桥新型钢网拱桥的施工情况，并听取工程负责人对工程进展以及工程难题的讲解。这次社会实践，感受颇多，学到了很多东西。对自己的学科也有了更深入的认识，特别是对复杂结构的桥梁的分类有了更明确的概念。天津海河上的桥梁都很有风格，我们总共考察了有近二十座桥，每座桥都各有特色，没有重复。海河上的桥的造型和结构都不一样，有连续梁桥，拱桥，斜拉桥，钢桁架桥，以及混合结构的桥梁。海河桥梁由于都比较追求造型，需要不停的观察和思考，才能分清桥梁的受力情况和结构类型。例如海河的赤峰桥，虽然是一座斜拉桥，但与常规独塔斜拉桥不同，该桥为独斜塔空间索面弯曲钢箱梁桥面斜拉桥，它的特点就在于它倾斜的桥塔，桥塔倾斜方向并不与顺桥向同向，而是横桥向的，且向桥面倾斜。背向桥塔倾斜方向仍有三股拉索，经过研究论证，正是这三股斜拉索，保证了该桥的稳定性。我们社会实践小组还一起到了天津滨海新区，考察新型钢网拱桥天津安阳桥。由于安阳桥正在拱肋安装中，我们有幸见到了施工关键技术中最难攻克的一关。工程负责人告诉我们，该桥设计时预留的平安系数略高于标准要求，施工时必须保证各个关键细节才能到达设计要求，这对现在的施工是一个极大挑战。暑期社会实践实习感悟实践团成员张武盛今年暑假，为了使这个假期过得更加充实，觉得利用这次时机参加一项社会实践活动，而最后我有幸跟随雷老师团队的从师兄师姐一起参加了此次的社会实践活动，实习内容是新型钢网拱桥施工及沿海既有桥梁耐久性检测加固关键技术研究，地点是天津海河沿岸，调研对象是沿河上的各种外形结构各有特点的钢桥。今年7月下旬，所有参加实践活动的同学都集合前往本次的实习地点：天津。在接下来的几天实践中，我们沿着海河从头走到了尾，将一路上所见到的各式各样的桥梁都进行了细致认真的考察和研究，重点针对的是各桥梁的结构特点以及已经出现或可能将会出现的病害，以及对这些病害的预防和修复加固措施的讨论研究。在整个过程中，除了有带队师兄的全程指导和介绍，同学之前积极热烈的讨论和交流外，还有幸请到几位与相关工程有关的工程师给我进行更加细致专业的讲解，同时还从与各位专业人员的交流中获得了很多对我们将来的学习和工作大有裨益的实际工程经验。这次的实践活动绝大局部时间都在户外走动，同时还伴有炎热的天气，其带来的对