近年来我国交通飞速发展，高速公路和高速铁路网的建设，桥梁数量大幅增加，大型复杂桥梁也得到了越来越广泛的应用。平潭海峡大桥、集美大桥，海沧大桥，苏通长江公路大桥、东海大桥、上海长江大桥、闵浦大桥、珠港澳工程、琼州海峡工程、渤海湾连接线、以及已经召开过四次学术研讨会的台湾海峡连接线等显示，我国桥梁工程无论在规模和发展速度上已取得令全世界瞩目的伟大成就。但是，近年来我国桥梁安全事故频发，如2001年11月8日，曾被称为中承式钢筋混凝土拱桥单孔系列世界第一的四川宜宾南门大桥钢缆吊杆断裂，两端桥面预制板发生坍塌断裂，引起强烈震动。2004年9月1号，京杭大运河苏州段横塘亭子桥被货船撞塌，引发了京杭大运河苏州段的大拥堵，并且影响到常州、宜兴、江阴、无锡等地的运河运输。2005年4月７日，江苏省吴江市梅堰镇一座桥梁突然坍塌，造成数人伤亡，并对上海和浙江湖州的航道产生一定影响。2007年3月18日由阜康开往乌鲁木齐火车北站的专线运煤列车在阜康市境内经过一铁路桥梁时，桥梁坍塌，机车头后部9节运煤车厢脱轨。2007年4月16日，深汕高速公路西段距起点五百米处的一座桥梁发生半幅坍塌，造成该路段双向交通封闭中断。2007年6月15日，广东九江大桥遭航行船只撞击桥墩，导致桥面坍塌约200m。2007年8月13日，湖南凤凰县堤溪段在建沱江大桥发生坍塌事故，造成数十人死亡。不仅国内如此，国外也有类似事故出现，2006年9月30日加拿大蒙特利尔北部的拉瓦尔市某立交桥路面出现裂缝，随后坍塌。2007年9月1日，巴基斯坦卡拉奇一座使用才12天的立交桥部分坍塌。2007年8月1日，美国明尼苏达州境内的一座跨越密西西比河的公路桥傍晚时分轰然坍塌。 因此，桥梁结构安全性问题已经引起国际范围内工程界、桥梁管理部门越来越多的重视，建立健全有效的在役桥梁安全评估与管理程序已成为国内外共同探讨的热点问题之一。随着经济建设中和社会对桥梁安全的关注，在役桥梁安全评估与管理程序开发的需求应运而生。 2 在役桥梁安全评估与管理程序开发的意义 根据2007年福建省各地市第一阶段以桥梁为重点的安全隐患排查结果，目前全省17000多座桥梁中，已有3234座特大桥、大桥及三、四、五类桥梁实施监管，共发现三、四、五类旧危桥2315座，其中：国道旧危桥32座、省道旧危桥130座、县道旧危桥319座、乡村道路旧危桥1821座、专用公路旧危桥13座。由于全省很多普通公路桥梁于上世纪60年代、70年代建成，设计荷载低；另外由于设计、施工的缺陷和长期使用中的损伤、老化或灾害造成混凝土桥梁结构开裂、抗震性能不良、承载能力不足等，直接影响桥梁的安全和使用功能，再加上屡禁不止的超载，造成永久性桥梁损伤，或者在运营一段时间后就出现严重的质量安全问题。 因此如何评价这些桥梁，如何进一步做好桥梁养护和加固问题成为目前一个急需解决的问题。对于上述危桥及质量安全问题的桥梁亟需开发一套完善的在役桥梁运行安全评估程序，以便对桥梁的技术状况做出准确的现状评价和合理的未来趋势预测，为桥梁管理部门提供适用的决策建议。 2.1为突发公共事件监控和预防提供技术支持 为提高政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力，最大程度地预防和减少突发公共事件及其造成的损害，保障公众的生命财产安全，维护国家安全和社会稳定，促进经济社会全面、协调、可持续发展，国务院2006年1月８日发布了《国家突发公共事件总体应急预案》，我省随后也发布了《福建省人民政府突发公共事件总体应急预案》。以上两级预案对现代桥梁预测预警系统的目标进行了明确的规定，但缺少必要的技术支持。因此根据《国家突发公共事件总体应急预案》及其专项应急预案要求，按照《福建省人民政府突发公共事件总体应急预案》的基本精神，结合福建省桥梁工程管理的具体情况，有必要建立福建省在役桥梁工安全评估与管理系统，以有效监控和预防桥梁安全问题引发的突发公共事件。 2.2 保障在役桥梁安全运营的需要 桥梁工程作为现代化城市交通的重要组成部分，在国民经济发展中的重要性决定了其安全性与耐久性是关系国计民生的基础性问题。桥梁在建造和运营过程中，受到环境、有害化学物质的侵蚀以及承受车辆、风、地震、人为因素等作用，会造成桥梁损伤或局部破坏。在役桥梁随着服务期的增长，性能退化，甚至超期、超负荷运营，安全隐患不断增加，国内外相关的事故不断，造成了重大财产损失和人员伤亡。据有关方面统计，现在桥梁结构的破坏性事故出现越来越频繁，美国土木工程师学会（ASCE）2003年底公布的调查结果，美国国家级桥梁27.5％以上老化而不能满足功能要求，估计在20年内，每年要投入94亿美元进行桥梁治理。我国现有公路桥梁24万余座，总长近10000公里，1/4以上的桥梁都存在结构性缺陷、不同程度的损伤和功能性失效的隐患。2007年8月，陈肇元、范立础、项海帆、刘建航等院士组成的工程结构的安全性与耐久性研究项目组，对我国土建工程现状、问题与对策作了全面的研究。项目组认为我国在役桥梁存在一系列的问题：首先是原有规范标准太低，未能预计到我国经济建设的急速发展，导致在役桥梁频繁超载；我国经济发展迅速，对环境保护关注不够导致桥梁运营环境比较恶劣，影响了桥梁安全；桥梁设计中未能考虑后期运营管理的需要，导致桥梁管理不到位。这些都为桥梁的运行埋下了安全隐患，而解决这些问题最经济的办法就是通过安全评估与管理系统系统对其实施控制。因此桥梁结构安全性问题已经引起国际范围内工程界、桥梁管理部门越来越多的重视，建立健全有效的桥梁安全评估与管理系统的研究已成为国内外共同探讨的热点问题之一。 2.3 节约基础设施投资 目前国内修建的诸多桥梁在远远未达到其设计期限就需要进行大修、甚至于拆除，造成这一问题的根本原因在于桥梁全过程各个阶段的安全受控没有实现连续而协调，各个群体仅仅关注于单一环节，未能从全过程角度重视安全受控。这一现象造成桥梁建设总体投资居高不下，极端情况下，后期的维护费用甚至远远超过桥梁初期建设费用。实施桥梁全过程安全评估和协调有效的预测管理系统，可实现桥梁事故的事前控制，在一定程度上延长桥梁的使用寿命，降低桥梁总投资。 2.4应用技术价值 从应用技术价值讲，我国桥梁建设正处于在役桥梁需要大面积维护和新建桥梁高速发展的特殊时期，而在不久的将来，我国必将会从桥梁大规模建设阶段，进入后期的运营维护阶段，此课题的研究既能满足当前的需要，又有一定的前瞻性。桥梁安全是关乎国计民生的重大问题，由于我国目前的基础设施建设所处的特殊阶段，发展超出一般预期，因此，国内在科学研究方面对桥梁全过程安全受控与管理系统领域的研究起步较晚、重视不足，就前期调研来看，国内目前很少有单位在这一方面进行系统的工作，主要研究集中于大型桥梁运行期的管理系统、实时健康监测系统研发，这些研发工作对桥梁的安全管理起到了积极的作用，但实际使用效果并不理想。此课题的研究将桥梁安全的全过程受控与预测管理系统结合一起考虑，以桥梁运行期的安全受控为目标、以桥梁安全监测为手段、以桥梁运行期的安全预警为技术措施，实现桥梁运行期安全事故的事前预控制。这对我省的上万座桥梁的安全控制，以及大量修建的高速公路上桥梁的安全运行发挥重要的作用。 3 在役桥梁安全评估与管理程序开发的研究 在役桥梁安全评估与管理程序开发的研究主要集中于在桥梁安全评价理论及技术方面，主要包括桥梁评估方法、寿命预测和程序开发等。 桥梁评估方法之间存在一定的区别和联系，根据各方法的典型特点，桥梁评估方法大致可分为基于外观调查的方法、基于规范设计的方法、基于专家经验的方法、有限元法、荷载试验、基于可靠性理论的方法[1-6]。各评估方法重点在于研究安全指标体系和安全评价模型[7]。在安全指标体系方面：同济大学胡志坚[8]在综合考虑桥龄、环境因素后提出了钢筋混凝土梁式桥评价指标体系层次结构；浙江大学吴小平[9]以钢管混凝土拱桥为例，按层次分析法的基本思想提出钢管混凝土拱桥指标体系层次图；西南交通大学许肇峰[10]提出了斜拉桥上部结构状态评估模型；武汉理工大学朱秋红[11]根据层次分析法的基本原理建立了黄河二桥安全状态的递阶层次结构。在安全评价模型方面，当前已在研究应用的主要方法有模糊加权向量方法[12]、遗传算法（Genetic Algorithms）与神经网络（Neural Networks）相结合的方法[13]、利用灰色聚类评判法进行既有公路桥梁缺损状态分级的方法[14]、基于模糊理论的层次分析法[15]以及可靠度理论[16]等。 桥梁的自然寿命也称为结构的使用寿命或耐久年限，是指桥梁在正常使用和正常维护条件下，仍然具有其预定使用功能的时间。对于己经使用了一个时期的旧桥，将在正常使用和正常维护条件下，仍然具有其预定使用功能的时间称为桥梁的使用寿命。桥梁剩余使用寿命是指桥梁使用寿命与己使用年限的差值。桥梁剩余寿命预测的方法主要有基于混凝土碳化的桥梁剩余寿命预测方法[17]、基于结构累积疲劳损伤的桥梁剩余寿命预测方法[18]和基于结构性能衰减的桥梁剩余寿命预测方法[19]等。 在役桥梁安全评估与管理程序属于实用技术研究，是一个集桥梁工程、计算数学与力学、检测技术、监测技术、自动化技术、远程通信技术、计算机技术、智能识别等多学科于一体的复杂系统，与当时的社会发展和相关技术的发展密切相关，具有明显的时代特征。随着科学技术的发展，一些新型的测试技术、手段和方法以及数据采集、数据处理、数据传输等不断出现并日趋成熟。伴随着各种光纤传感器、单向加速度传感器、应力计、应变计、测缝计、渗压计、超声波流量计、沉降计、测斜仪、激光准直仪、激光测距仪、GPS全站仪、变磁阻式坐标仪、感应式垂线仪、电容感应式遥测仪、电磁感应式引张线仪、电容感应式静力水准仪、计算机层析成像仪等测试仪器和光纤传感器、C扫描仪、雷达仪等测试仪器的成熟，极大地丰富了桥梁方面的监测手段和监测方法。而计算机及网络技术的发展，以及它们和多种监测手段与监测方法的结合完全可能实现安全监测的一体化、自动化、数字化、智能化，以满足评估预测的需要。 因此，可以利用各种综合知识，提出桥梁安全评估与管理系统架构，建立基于桥梁外观检查、耐久性检查结合桥梁荷载试验的梁桥和拱桥安全评价指标体系，明确在役桥梁安全预测预警综合评价方法，在桥梁失效准则的基础上，综合考虑加固成本、延续时间内结构失效经济风险、正常维护费用、运营后的经济社会效益之间的关系，以经济和优化理论为基础，提出一种实用的桥梁剩余经济使用寿命的预测方法，达到桥梁运行安全管理规范化、程序化，设计与建立桥梁安全管理与评估系统信息平台，并应用典型工程的桥梁安全评估进行实例验证。 居安思危，思则有备，备则无患。桥梁工程作为现代化交通的重要组成部分，开发有效的桥梁安全评估与管理系统程序，通过其高效运作，将突发事件控制在有限范围内，及时、有效进行预防、预控。而这一过程中的各种评估结果与数据，也及时反馈给信息管理系统，通过再次分析，达到优化下一预警活动目的，从而保证整个交通网络的安全运行。 4 桥梁加固新技术研究与应用 事实上，桥梁结构的安全评估与加固改造是一个整体的二个方面，对在役桥梁客观评估的基础上，采用新技术、新工艺对存在问题的桥梁进行加固、改造的研究同样具有重要的现实意义。此处提出一种桥梁加固的新技术与新工艺，其基本思路是通过改变结构的截面形式，将“T”型梁、“工”字型梁或“Π”型梁以及在我国曾大量修建的双曲拱桥等开口截面的结构通过现浇混凝土，改变为闭口截面，提高截面的抗扭强度，改善截面横向不均匀的活载受力，达到提高结构承载能力和整体刚度的目的。 这种新的加固改造技术同样可以应用于桥梁的加宽方面，如图2所示，通过现浇混凝土湿接缝的连接，把新桥与老桥横向连成整体，从而达到拓宽桥梁的目的。 把上述桥梁加固的新技术和施工工艺简称为“横向分段施工”。 “横向分段施工”新技术的研究关键在于：旧桥部分的 “工”字型混凝土构件（包括“T”型梁、“Π”型梁）大都是预应力结构，而施工现浇成箱梁部分的顶板和底板是普通钢筋混凝土结构，与全部整体预制（或现浇）施工的箱梁相比，前者的预应力是作用在部分断面上，而后者的预应力是作用在全断面上，两者之间的受力性能是否相同需进行深入探讨分析。同样，桥梁拓宽时，新、旧桥部分均为预应力结构，而现浇混凝土湿接缝部分为普通钢筋混凝土结构，新、旧桥横向连成整体后，湿接缝混凝土的受力状况如何有待于进一步的分析计算。文献[20]已初步研究此工艺施工的预应力箱梁与整体浇筑预应力箱梁的模型试验以及两试验模型的受力性能差异。 此加固技术应用研究的一个较好例子是：福建省某市7孔空腹式等截面悬链线双曲拱，其中三孔75m，4孔45m，混凝土实体墩，砌片U台，沉井基础，桥面宽为净－9+2×1.0m人行道，全桥总长469m。设计荷载为汽-13，拖-60，该桥于70年代建成通车，至今已使用了30年，桥梁受到不同程度的损伤。通过把双曲拱的开口截面做成闭口箱梁截面的构造措施，结果计算表明：即使把该大桥从11m加宽到17m（四车道），桥梁荷载等级从汽-13，拖-60提高到汽-20，挂-100，照样能满足使用阶段受力的要求，并且其自重仅仅提高了12％。 5 小结 因此，研究并开发福建省在役桥梁的安全评估与管理系统程序，意义十分重大而且紧迫，该项目的研究对提升我省公路桥梁预防性养护理念，快速及时准确了解桥梁运营状况和技术状况，有效预防减少桥梁事故的发生，提高桥梁安全管理水平和效率，建设节约型预防性养护体系具有积极作用。同时在桥梁加固改造方面，提出的横向分段施工加固新技术具有很广的应用范围，有关这种新技术与新工艺的研究在国内尚属起步阶段，对其开展研究具有重大的经济效益与应用价值。

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文章来源： 永年加固公司
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