加強(qiáng)基礎(chǔ)研究工作 促進(jìn)橋梁加固健康持續(xù)發(fā)展

周建庭 · 2011-08-26 00:00 留言

  多年來,我國(guó)公路橋梁一直呈現(xiàn)負(fù)荷日益加重之趨勢(shì),加之由于材料的老化、環(huán)境的腐蝕、超齡服役、荷載的逐漸增長(zhǎng)、設(shè)計(jì)或施工的質(zhì)量問題、自然災(zāi)害(地震、風(fēng)等)等,相當(dāng)數(shù)量的橋梁已不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。這種情況在國(guó)外也相當(dāng)普遍和嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)橋梁總數(shù)約為60萬座,其中約20萬座被美國(guó)聯(lián)邦公路總局(FHWA)列為不符合要求,12萬5千座被列為具有結(jié)構(gòu)缺陷;每年需替換5000-8000座,F(xiàn)HWA規(guī)劃的橋梁修復(fù)與替換方案估計(jì)耗資455億美元。英國(guó)運(yùn)輸部曾在1990年抽樣調(diào)查過200座混凝土公路橋,其中約有30%的橋梁運(yùn)營(yíng)條件不良。

  巨大的現(xiàn)實(shí)需要,推動(dòng)了世界主要國(guó)家在橋梁加固領(lǐng)域和學(xué)科方向上的發(fā)展和眾多橋梁加固工程實(shí)踐的開展。我國(guó)橋梁業(yè)界非常重視對(duì)舊橋的鑒定和橋梁加固,設(shè)立了交通行業(yè)舊橋檢測(cè)與加固重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,部分高等學(xué)校、橋梁設(shè)計(jì)院和橋梁研究機(jī)構(gòu)等部門先后進(jìn)行了舊橋加固課題的研究,提出了很多行之有效的加固方法;很多單位也做了大量的實(shí)踐工作,將許多技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程,取得了較好的效果。

  結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)兩方面基礎(chǔ)課題

  結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用于橋梁加固中,筆者認(rèn)為主要有以下兩方面為代表的基礎(chǔ)課題有待深入研究:材料性能檢測(cè)、橋梁病害現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)。

  眾所周知,結(jié)構(gòu)所用材料的性能,是分析與評(píng)定橋梁狀態(tài)和病害、橋梁加固技術(shù)與方法選擇等很多后繼工作的基礎(chǔ);但是,目前的檢測(cè)技術(shù)尚難以滿足橋梁加固要求的在現(xiàn)場(chǎng)條件下、快速準(zhǔn)確的無損檢測(cè)。

  以檢測(cè)混凝土強(qiáng)度為例,回彈法和鉆芯法應(yīng)用較為廣泛?!盎貜椃ㄓ糜跈z測(cè)混凝土的強(qiáng)度”的根據(jù)是,認(rèn)為混凝土的抗壓強(qiáng)度和混凝土的硬度具有相關(guān)性。有學(xué)者認(rèn)為:

 ?、艑?duì)于混凝土這樣復(fù)雜的多相非均質(zhì)材料來說,回彈值和抗壓強(qiáng)度之間沒有唯一的關(guān)系;

  ⑵不只是不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土沒有相同的硬度-抗壓強(qiáng)度關(guān)系,而且相同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土也沒有相同的組成和微結(jié)構(gòu);

 ?、羌词菇o定的混凝土,也會(huì)因骨料和基體之間的硬度不同以及骨料在礦物學(xué)上的變化而有不同的回彈值;

 ?、劝讯ǖ揭?guī)范中的回彈值-抗壓強(qiáng)度關(guān)系表格或公式作為通用標(biāo)準(zhǔn)是欠妥當(dāng)?shù)模?/FONT>

 ?、蓮母旧蟻碚f,對(duì)于傳統(tǒng)混凝土,回彈值對(duì)抗壓強(qiáng)度只能起大體“推斷”的作用,定義成“檢測(cè)”實(shí)際上誤導(dǎo)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量的評(píng)價(jià),造成了有些人混淆了硬度和強(qiáng)度的概念。

  其次,橋梁結(jié)構(gòu)中的各種病害,也對(duì)后繼的結(jié)構(gòu)評(píng)定、加固設(shè)計(jì)和技術(shù)選擇等諸多方面有決定性影響,但是現(xiàn)有的各種技術(shù)手段和方法對(duì)于準(zhǔn)確、快速地定位、測(cè)定病害的要求仍存在較大的差距。以結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)為例,對(duì)于橋梁構(gòu)件內(nèi)部各種裂縫的深度、寬度和位置信息,現(xiàn)有技術(shù)還不能給出令人滿意和信服的數(shù)據(jù);對(duì)于結(jié)構(gòu)表面裂縫,裂縫的深度也是一個(gè)難以準(zhǔn)確測(cè)定的量;對(duì)于下部構(gòu)件和基礎(chǔ)病害的檢測(cè),現(xiàn)有技術(shù)手段和方法也存在很大的局限性。

  現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)手段和方法上存在的不足,需通過大量的交叉學(xué)科的研究,要求必需開展大量的基礎(chǔ)性的研究工作。

  橋梁病害體系和分析模型研究現(xiàn)狀與展望

  橋梁病害,是結(jié)構(gòu)對(duì)使用荷載和環(huán)境等眾多作用于其上眾多因素的反映,也是橋梁加固整治的重要對(duì)象之一。一方面,橋梁病害是結(jié)構(gòu)受力和運(yùn)營(yíng)狀態(tài)分析的重要依據(jù);另一方面,也是后期橋梁加固施工的主要內(nèi)容。因此,全面、準(zhǔn)確的掌握橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件上的病害及其相互影響并進(jìn)行科學(xué)地分析,是橋梁加固最終成功與否的關(guān)鍵之一。

  縱觀現(xiàn)有的橋梁病害資料,筆者認(rèn)為:數(shù)據(jù)和成果過于分散,缺乏科學(xué)合理的歸納、分類和整理;由于橋梁病害具有鮮明的個(gè)性特點(diǎn)即每座橋的病害都不一樣、同樣的病害在不同橋上形態(tài)等可能存在很大差異,現(xiàn)有研究中很多都是針對(duì)單個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、評(píng)判;在分析同一類結(jié)構(gòu)上的相似病害時(shí),存在多種不同解析、判斷,這些對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)定和加固技術(shù)選擇等都可能導(dǎo)致嚴(yán)重地誤判。

  以雙曲拱橋常見裂縫之一--拱肋與拱波連接處的縱向裂縫為例,有人認(rèn)為此類裂縫產(chǎn)生的原因在于受荷載后拱波的拱腳產(chǎn)生推力,導(dǎo)致拱肋發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,因此在拱肋與拱波處產(chǎn)生了縱向裂縫;也有人認(rèn)為,此類裂縫是由于雙曲拱橋的整體性差造成的,特別是在拱波安設(shè)時(shí)由于拱肋與拱波之間只有砂漿連接而無鋼筋相連,故開裂。

  對(duì)于結(jié)構(gòu)的評(píng)定,上述兩種觀點(diǎn)中前者認(rèn)為拱肋(抗扭)剛度不足、橫向聯(lián)系較弱,后者認(rèn)為肋波之間的連接強(qiáng)度較低。對(duì)于該病害的整治方案,前者認(rèn)為可以增大拱肋截面面積并增設(shè)橫隔板,后者認(rèn)為應(yīng)該在肋波連接處增強(qiáng)連接(如粘貼連接鋼板等)。

  由此,可看出:對(duì)同種病害,不同的分析產(chǎn)生了截然不同的兩種結(jié)構(gòu)評(píng)定結(jié)論、提出了完全不同的加固方案,兩者相差何其之大!

  對(duì)此,筆者認(rèn)為:首先,研究界同仁和工程人員應(yīng)高度重視橋梁病害在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)定、加固系統(tǒng)中的重要性,具體工程中應(yīng)詳盡地收集數(shù)據(jù)、全面地分析病害;其次,重視特定類型橋梁(如拱橋、梁橋)的病害體系的建立,即將同種類型橋梁的各種病害數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛收集,然后進(jìn)行歸納、分類與整理為分析該類橋梁的病害規(guī)律、成因提供系統(tǒng)化的完整的基本數(shù)據(jù)體系;建立所有類型的橋梁(梁橋、拱橋、纜索承重橋、組合體系橋等)的病害體系,以便從橋梁結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略高度審視、分析、研究這一類結(jié)構(gòu)病害,以期獲得更普遍、更具有一般性的結(jié)論。

  科學(xué)研究遵循從實(shí)踐-理論-實(shí)踐的循環(huán)規(guī)律,橋梁加固經(jīng)歷多年的發(fā)展取得了很大的成績(jī),同時(shí)也存在很多基本問題尚待深入研究,筆者堅(jiān)信在總結(jié)過去的成果與不足之后,再深入開展基礎(chǔ)研究必將推動(dòng)整個(gè)橋梁加固學(xué)科的有序、有力向前發(fā)展。


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