畢業(yè)論文（報(bào)告）新型鋼網(wǎng)拱橋施工及沿海既有橋梁耐久性檢測加固關(guān)鍵技術(shù)研究

北京交通大學(xué)赴天津研究生社會(huì)實(shí)踐報(bào)告第新型鋼網(wǎng)拱橋及沿海既有橋梁耐久性檢測加固關(guān)鍵技術(shù)研究——北京交通大學(xué)赴天津研究生社會(huì)實(shí)踐報(bào)告摘要：本次北京交通大學(xué)赴天津社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)以天津?yàn)I海新區(qū)在建海河新型鋼網(wǎng)拱橋的設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)和海河沿線橋梁的耐久性問題及加固檢測技術(shù)為核心進(jìn)行綜合調(diào)研，針對(duì)新型鋼網(wǎng)拱橋關(guān)鍵構(gòu)件、整體穩(wěn)定性、抗震性能進(jìn)行深入研究；在對(duì)海河沿線橋調(diào)研的根底上對(duì)沿海地區(qū)既有橋梁的突出的耐久性問題及檢測加固技術(shù)進(jìn)行分析。本次社會(huì)實(shí)踐所獲數(shù)據(jù)及結(jié)論將為當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)院和養(yǎng)護(hù)部門提供參考。引言為緩解跨海河交通壓力，天津?yàn)I海中心商務(wù)區(qū)范圍內(nèi)已規(guī)劃了11條跨河通道，安陽跨海河大橋?yàn)檫B接響螺灣商務(wù)區(qū)和于家堡金融區(qū)的重要通道已開工建設(shè)，其采用的新型鋼網(wǎng)拱結(jié)構(gòu)景觀性及獨(dú)創(chuàng)性極強(qiáng)，值得深入調(diào)研其設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的應(yīng)用前景；同時(shí)天津海河上的多座跨河通道受所處自然環(huán)境及運(yùn)營環(huán)境的影響而易產(chǎn)生耐久性問題，如何確保新建橋在沿海環(huán)境下的耐久性的提高及既有橋面臨的檢測加固問題將成為未來關(guān)注的重點(diǎn)。本次北京交通大學(xué)赴天津社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)主要針對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)在建海河新型鋼網(wǎng)拱橋的設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，并對(duì)濱海新區(qū)海河沿線橋梁的耐久性問題及加固檢測技術(shù)進(jìn)行調(diào)研與統(tǒng)計(jì)，為當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)院和養(yǎng)護(hù)部門提供參考數(shù)據(jù)。1新型鋼網(wǎng)拱橋關(guān)鍵技術(shù)研究于家堡地區(qū)位于塘沽區(qū)海河北岸，東西南三面臨海河，北到新港路，規(guī)劃用地面積3.44平方公里，是濱海新區(qū)中心商務(wù)商業(yè)區(qū)的核心地區(qū)，其主要具備金融創(chuàng)新基地、城市商務(wù)、高端商業(yè)、都市旅游、生活居住等功能。安陽道跨海河大橋位于天津?yàn)I海新區(qū)中心商務(wù)區(qū)，西連安陽道，東接于新道，為連接響螺灣商務(wù)區(qū)和于家堡金融區(qū)的重要通道。為構(gòu)筑新的城市地標(biāo)，安陽橋的設(shè)計(jì)十分謹(jǐn)慎地處理橋梁與河道的關(guān)系、橋梁形式對(duì)于天際線的改變，試圖通過這組路橋解讀地域特性，并使其融入自然環(huán)境。安陽橋空間鋼網(wǎng)主拱分為兩局部，表達(dá)“大鵬展翅〞之意，而中央那么是懸掛橋面的主體結(jié)構(gòu)。橋面也于中央分成兩幅，引導(dǎo)光線照射到橋下的水面。兩組拱網(wǎng)就像兩片略為卷曲的葉子，其凹面朝向橋面邊緣以及河道。這兩片由多根鋼拱重重疊疊組成的巨型的“葉子〞在其兩端逐漸收緊，植根于支座。圖1.1安陽橋效果圖從安陽橋的方案可以看出，本橋?yàn)榭臻g大跨徑鋼網(wǎng)拱橋，主拱造型優(yōu)美結(jié)構(gòu)復(fù)雜，假設(shè)把安陽橋從方案轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的橋梁結(jié)構(gòu)，需要詳細(xì)研究本橋的整體結(jié)構(gòu)性能、空間結(jié)構(gòu)特性彰顯的主拱、復(fù)雜的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將面臨極大的挑戰(zhàn)性。安陽橋跨徑達(dá)兩百多米，雙向六車道，外加兩側(cè)人行道，設(shè)計(jì)活載大，大跨徑拱橋水平推力的分析是本橋整體橋梁結(jié)構(gòu)研究的首要任務(wù)，濱海新區(qū)為軟土地基，淤泥厚度近十米，使得這一研究尤為棘手。主拱為14條纖細(xì)的小拱組成的空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)件的整體剛度較弱，主拱的跨度較大，橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、拱梁之間的連接方式、拱梁之間的剛度匹配，是本橋研究的主要內(nèi)容。在拱腳處，整體橋梁結(jié)構(gòu)近似單點(diǎn)固端支撐，主拱又很高，在橫向風(fēng)荷載和車道偏載作用下，橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能也是本橋整體橋梁結(jié)構(gòu)研究的關(guān)鍵內(nèi)容，因?yàn)樗鼪Q定著本橋整體橋梁結(jié)構(gòu)的成立與否。1.1工程背景安陽橋?yàn)檫B接響螺灣商務(wù)區(qū)和于家堡中心商務(wù)區(qū)的重要通道，本橋梁由響螺灣一側(cè)0#～7#墩引橋、7#～12#墩主橋及于家堡一側(cè)12#～19#墩引橋三局部組成。橋梁修筑起點(diǎn)樁號(hào)為K0+605.450、修筑終點(diǎn)樁號(hào)為K1+239.110，總長633.660m。其中主橋修筑面積為11266㎡，引橋修筑面積為8353㎡，樓梯修筑面積為280㎡，橋梁修筑總面積為19899㎡。安陽橋主橋跨徑布置為20m+22m+220m+22m+20m，全長304m，雙向6車道。安陽橋主橋?yàn)闊o推力空間鋼網(wǎng)拱橋，主拱為雙軸對(duì)稱空間鋼網(wǎng)拱結(jié)構(gòu)，主梁主跨為主次梁梁格結(jié)構(gòu)，左右兩幅，橫梁間距8m，邊跨為整體正交異性鋼箱梁〔見圖1.1〕。安陽橋?yàn)闊o推力空間鋼網(wǎng)拱橋，由主拱、主梁、斜撐、拉桿、吊桿和鑄鋼件幾局部組成。安陽橋主拱為雙軸對(duì)稱的異形空間鋼網(wǎng)拱結(jié)構(gòu)，主拱在橋面以上為拱網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系，橋面以下為異形拱箱結(jié)構(gòu)。中心拱軸線距拱腳定位點(diǎn)39.8m，跨度220m，矢跨比為1/5.53。主拱為異形變截面，在橋跨中點(diǎn)處，主拱截面高11.6m，寬15.4m，在拱腳處截面高2.8m，寬3.6m。橋面以上拱網(wǎng)由14道獨(dú)立的小拱箱通過間距8m的拱間橫向連梁連接而成，鋼網(wǎng)拱橫截面左右對(duì)稱，呈倒梯形，兩腰為弧線，頂部位下凹折線。在橋面附近位置，14道小拱箱合并成一個(gè)大鋼拱箱結(jié)構(gòu)。安陽橋主梁為鋼梁，分為主跨局部和邊跨局部。主跨為主次梁梁格體系，分左右兩幅，通過連接橫梁連接，間距8m。單幅鋼梁設(shè)一大一小縱梁，大縱梁為四邊形截面，寬度5.2m，高2.3m；小縱梁也是四邊形截面，寬度2.6m，高1.8m。主橫梁間距8m，與吊桿間距相同，次橫梁間距4m，主橫梁為變截面箱梁，寬0.75m，高度從2.3m變到1.5m，次橫梁為變截面工字梁，寬0.3m，高度從2.3m變到1.5m。邊跨為整體正交異性鋼箱梁，梁高2.3m，左右變高度，同主跨梁格。安陽橋吊桿分為四個(gè)吊桿面，主梁外側(cè)和主梁內(nèi)側(cè)各兩道，吊桿采用平行鋼絞線，外側(cè)采用GJ15.24-12型號(hào)，內(nèi)側(cè)采用GJ15.24-5型號(hào)。在主拱拱腳處有三道斜撐，斜撐為變截面箱形，截面上大下小，三道斜撐傳遞主拱傳來的水平分力。主拱拱腳與三道反向斜撐之間，通過鑄鋼件相連，鑄鋼為空間三維結(jié)構(gòu)。由于該橋的主跨較大220m，邊跨相對(duì)較42m，在邊跨墩位會(huì)出現(xiàn)很大的支座負(fù)反力。為了防止邊跨負(fù)反力的出現(xiàn)，特設(shè)置拉桿墩位，使得邊跨處于受壓狀態(tài)。拉桿設(shè)置四道，位于主次梁的位置，拉桿為鋼板，厚100mm。圖1.1橋型布置圖1.2新型無推力空間鋼網(wǎng)拱橋關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)研究安陽橋?yàn)榭臻g大跨度鋼網(wǎng)拱橋，橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在關(guān)鍵構(gòu)件和局部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上存在以下幾個(gè)問題：具有藝術(shù)獨(dú)創(chuàng)性的雙軸對(duì)稱空間鋼網(wǎng)主拱的結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、剛度突變的處理、施工工藝，超大噸位鑄鋼的設(shè)計(jì)、受力性能、加工施工工藝，大噸位拉桿的布置和設(shè)計(jì)，空間鋼網(wǎng)拱橋復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的受力分析。圖1.2橋梁關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)分析示意圖1.2.1雙軸對(duì)稱空間鋼網(wǎng)主拱安陽橋主拱由14條纖細(xì)的小拱組成，在空間上排列成一個(gè)極為不規(guī)那么的橫斷面，就連拱間的橫向連梁，為了到達(dá)其橋梁的藝術(shù)性，也設(shè)計(jì)成不規(guī)那么的形狀，拱間橫向連梁間距8m，主拱寬度220m，拱軸線高度40m，矢跨比1/5.5，主拱跨中截面高11m。安陽橋主拱為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間鋼結(jié)構(gòu)主拱，整體差，剛度弱，與常規(guī)概念的混凝土主拱、鋼管拱、鋼桁拱有很大的差異，空間主拱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也是本橋設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。圖1.3主拱肋橫斷面布置圖安陽橋?yàn)槌鞘芯坝^橋，結(jié)構(gòu)優(yōu)美、造型獨(dú)特，14條小拱線形為橋梁藝術(shù)獨(dú)創(chuàng)，與合理拱軸線有一定的差異，14條小拱本身的受力特性和對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響是值得研究的內(nèi)容。本橋在方案創(chuàng)作期間，14條小拱的線形和截面尺寸在建筑的角度已經(jīng)到達(dá)了完美的搭配，在主拱的設(shè)計(jì)中，為了保持橋梁藝術(shù)和橋梁結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一，盡量不改變主拱的線形和截面的尺寸，這使得主拱的設(shè)計(jì)面臨更大的挑戰(zhàn)。常規(guī)概念的主拱為一剛性構(gòu)件，拱構(gòu)件本身具有很大的剛度和整體性，本橋的主拱為14條小拱通過間距8m的拱間橫連連接而成，為空間結(jié)構(gòu)，主拱本身的剛度相對(duì)較弱，整體性稍差，這也是值得仔細(xì)研究的問題。在靠近主梁附近，主拱截面高度較小，14條小拱之間的橫向連梁尺寸較短，其受力性能早已不滿足梁理論的根本假定，形成剛性短桿，主拱的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮剛性短桿的影響。在主拱的設(shè)計(jì)中，為此進(jìn)行了大量的計(jì)算、比照和討論工作，使得主拱的強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。1.2.3空間主拱關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)研究在主拱與橋面相連的附近，14條小拱變成一個(gè)鋼拱箱，在小拱變拱箱前，14條小拱截面為單獨(dú)的拱截面，是14條拱截面單獨(dú)的剛度，在小拱變拱箱后，拱截面變成一個(gè)整體的截面，拱截面的抗彎剛度變化巨大，由于剛度突變引起了很大的應(yīng)力集中，這也是本拱設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)。為了減緩剛度的突變，拱箱嘗試了開口開縫、開大的v形口等構(gòu)造措施，以減緩剛度的突變或階躍。對(duì)于14條小拱變成鋼拱箱的位置，為了實(shí)現(xiàn)拱的通透性，建筑設(shè)計(jì)要求拱箱盡可能的短；為了在施工中能實(shí)現(xiàn)，要求其空間應(yīng)足夠大，拱箱盡可能長一些；拱箱位置確實(shí)定，也是建筑和結(jié)構(gòu)爭論的焦點(diǎn)。圖1.4不同的開縫形式在靠近橋面附近，主拱空間尺寸變小，空間交匯桿件較多，各桿件相對(duì)較短，各桿件連接設(shè)計(jì)需不僅要考慮拱間橫連在其平面內(nèi)的連接，而且也要考慮拱間橫連與主拱在其平面外的連接，這使得縱向14條小拱與拱間橫梁的連接有很大的挑戰(zhàn)性。主拱由14條小拱組成，主拱分段的對(duì)接焊縫就需14個(gè)箱形截面的56條焊縫對(duì)接，主拱分段焊接的定位、對(duì)接、施焊工藝等問題也是值得研究的問題。為了減少主拱分段數(shù)目，降低施工的現(xiàn)場焊接量，根據(jù)吊裝能力，主拱的分段應(yīng)盡可能長；根據(jù)主拱階段重量和現(xiàn)場吊裝高度，主拱的分段并不是每段長度都相等，而是最大限度的減少焊接工作量。因此，主拱設(shè)計(jì)不僅是考慮構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定，更是考慮主拱的加工、分段、運(yùn)輸、吊裝、焊接等施工工藝問題。1.2.4超大噸位鑄鋼件在安陽橋主拱拱腳處，主拱與三道反向斜撐交匯與一點(diǎn)，由于要在拱腳處設(shè)置支座，交匯節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的問題之一。交匯節(jié)點(diǎn)不僅承受主拱傳來的巨大內(nèi)力，還承受著三道反斜撐傳來的內(nèi)力，是本工程最具控制性的節(jié)點(diǎn)。由于主拱截面為復(fù)雜的建筑藝術(shù)造型截面、反向斜撐也是非常規(guī)矩形截面，桿件的焊接連接是無法實(shí)現(xiàn)的。由于各桿件內(nèi)力巨大，采用常規(guī)的混凝土拱腳連接，混凝土的體積非常龐大，橋下的凈空就難以滿足要求，同樣無法實(shí)現(xiàn)。為了將本方案轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)中采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)，為了保持本橋藝術(shù)風(fēng)格的統(tǒng)一，鑄鋼的設(shè)計(jì)也非常有藝術(shù)性。圖1.5交匯桿件節(jié)點(diǎn)鑄鋼件鑄鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)為三維空間異形構(gòu)件，主拱、斜撐與鑄鋼剛接，鑄鋼件順橋向長8.33m，橫橋向6.10m，高3.48m，壁厚20~25cm，重達(dá)250t。在本橋的設(shè)計(jì)中，將超大噸位鑄鋼構(gòu)件應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以解決拱腳、斜撐空間交匯節(jié)點(diǎn)難以實(shí)現(xiàn)的難題，開創(chuàng)了大噸位鑄件在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的先河。鑄鋼的設(shè)計(jì)不僅是滿足強(qiáng)度、剛度的的要求，而是有更多的技術(shù)問題需要考慮，對(duì)于超大噸位鑄鋼，國內(nèi)也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)可供參考。1.3空間鋼網(wǎng)拱橋整體穩(wěn)定性研究特征值屈曲分析的為理想結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定分析，指結(jié)構(gòu)在外荷載作用下，在原來的平衡狀態(tài)之外，出現(xiàn)了第二個(gè)平衡狀態(tài)。在數(shù)學(xué)推導(dǎo)中解決的是一個(gè)求解特征值的問題，故而被稱為特征值屈曲分析。特征值屈曲是理想化的情況，現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)有各種各樣的缺陷，實(shí)際的失穩(wěn)荷載要比特征值低的多，故在現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)特征屈曲穩(wěn)定系數(shù)要求大于4，對(duì)非線性屈曲的穩(wěn)定系數(shù)大于2。求解穩(wěn)定問題的一般思路為：建立單元?jiǎng)偠染仃?，?duì)端點(diǎn)分別為i、j的兩桿件，采用，，，分別表示局部坐標(biāo)系下端點(diǎn)的位移與荷載。i，j桿上任一點(diǎn)處的軸向變形為：式中第一項(xiàng)為軸力引起的應(yīng)變，第二項(xiàng)為彎矩引起的應(yīng)變，第三項(xiàng)為桿的彎曲變形導(dǎo)致的應(yīng)變。ij桿的應(yīng)變能為略去高階小項(xiàng)，上式最終可變?yōu)椋汗竭€可以表示為：式中，[k]為單元?jiǎng)偠染仃?，[k]=[kD]+[kG]。其中[kD]與外荷載無關(guān)為彈性剛度矩陣，[kG]只與桿長及軸力有關(guān)，稱為初始應(yīng)力剛度矩陣。，當(dāng)考慮全局坐標(biāo)系，并將單剛集結(jié)為總剛，可知，{F}的增大，將同時(shí)導(dǎo)致[KG]的增大，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，將到達(dá)隨遇平衡狀態(tài)，即上式成立的條件為公式即為計(jì)算穩(wěn)定平安系數(shù)的特征方程式。理論上，特征值λ的數(shù)量與總剛的階數(shù)有關(guān)。在本橋結(jié)構(gòu)分析中，采用典型的荷載工況：恒載+滿布活載、恒載+半幅活載、恒載+風(fēng)載、恒載+滿布活載+風(fēng)載、恒載+半幅活載+風(fēng)載，計(jì)算結(jié)果如下列圖1.6所示。圖1.6各荷載工況下穩(wěn)定屈曲計(jì)算結(jié)果由以上計(jì)算結(jié)果可知，恒載+滿布活載+風(fēng)荷載作用下，安陽橋的最小屈曲穩(wěn)定系數(shù)為7.17，大于4，符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求。1.4空間鋼網(wǎng)拱橋抗震性能研究安陽橋?yàn)楣皹?，，在抗震設(shè)計(jì)中，在中承式梁拱橋的根底上采用減隔震體系的設(shè)計(jì)，計(jì)算時(shí)采用上部主拱與下部根底為剛接。計(jì)算方法計(jì)算分析采用反響譜法，詳細(xì)分析橋梁結(jié)構(gòu)在兩種概率水平E1及E2的地震輸入下的地震反響，并考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性、支座邊界單元的非線性、樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用的影響及主橋與引橋的相互偶聯(lián)作用的影響。對(duì)于反響譜確實(shí)定，本橋可按抗震細(xì)那么、城市抗震標(biāo)準(zhǔn)、?天津市響螺灣中心商務(wù)區(qū)——于家堡金融區(qū)場地地震平安性評(píng)價(jià)報(bào)告?確定設(shè)計(jì)反響譜〔詳見表1.1〕。其中地震波形采用E1、E2地震波〔詳見圖1.7〕。表1.1設(shè)計(jì)水平反響譜最大值設(shè)計(jì)反響譜抗震細(xì)那么城市橋梁抗震標(biāo)準(zhǔn)響螺灣安評(píng)報(bào)告E1地震0.7460.6920.864E2地震0.4390.2060.528a)E1地震設(shè)計(jì)反響譜b)E2地震設(shè)計(jì)反響譜圖1.7地震設(shè)計(jì)反響譜通過反響譜法計(jì)算后，其相應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下列圖1.8和表1.2。圖1.8全橋最大應(yīng)力計(jì)算值在E1、E2地震作用下，全橋最大應(yīng)力計(jì)算值不超過300MPa，均滿足材料強(qiáng)度要求。在E1、E2地震作用下，發(fā)現(xiàn)E1、E2作用下拱腳處位移均呈線性比例相關(guān)關(guān)系，通過歸一化后兩者位移均相同，故這里需列出E1地震作用下拱腳處位移情況。不難發(fā)現(xiàn)，在水平地震E1x方向作用下，拱腳1、2的橫橋向位移DX、豎向位移DZ及繞縱橋向轉(zhuǎn)角RX相近，而拱腳1繞橫橋向轉(zhuǎn)角RY非常大，拱腳2的RY卻比較?。辉谒降卣餎1y方向作用下，根本規(guī)律同E1x時(shí)的情況；即在水平地震作用下主要影響橋梁繞橫橋向轉(zhuǎn)角。在豎向地震E1z作用下橫橋向位移DY、豎向位移DZ、繞縱橋向RX及繞豎向RZ均相近，而兩拱腳的縱橋向位移DX及繞橫橋向轉(zhuǎn)角RY卻相差很大。即在豎向地震作用下主要影響橋梁縱橋向位移及繞橫橋向轉(zhuǎn)角。故設(shè)計(jì)此類型橋梁時(shí)應(yīng)注重橫橋向剛度和縱橋向約束情況。表1.2E1地震作用下拱腳處歸一化位移位置地震方向E1xE1yE1z拱腳1拱腳2拱腳1拱腳2拱腳1拱腳2位移縱橋向(DX)10.320.010.010.240.06橫橋向(DY)0.010.010.350.3600豎向(DZ)0.50.450.010.010.340.36轉(zhuǎn)角繞縱橋向(RX)0.030.041.941.970.010.01繞橫橋向(RY)6.441.580.19繞豎向(RZ)000000二.沿海既有橋梁耐久性檢測加固關(guān)鍵技術(shù)研究本次社會(huì)實(shí)踐第二局部的內(nèi)容主要包括七個(gè)方面，分別是濱海新區(qū)已建跨海河干流橋梁耐久性現(xiàn)狀、濱海新區(qū)已建橋梁運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的橋梁病害、海河開啟橋的耐久性及后期檢測加固的關(guān)鍵技術(shù)、天津市區(qū)橋梁的耐久性及檢測加固現(xiàn)狀、濱海新區(qū)公路橋梁與城區(qū)市政橋梁耐久性問題的差異、合理的養(yǎng)護(hù)與檢測加固建議。天津地區(qū)耐久性根本概況及設(shè)計(jì)方法1、耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法據(jù)1994年鐵路部門統(tǒng)計(jì)：在總數(shù)為33600座橋梁中，有6137座為病害結(jié)構(gòu)，其中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有2675座有病害，此外近幾年橋梁因耐久性低而出現(xiàn)坍塌事故愈來愈多，結(jié)構(gòu)耐久性一直是國內(nèi)外設(shè)計(jì)研究人員的關(guān)注重點(diǎn)，但仍不能滿足現(xiàn)狀的需求，由此可見耐久性研究仍需要進(jìn)一步深化。本次社會(huì)實(shí)踐的主要目的是考察被譽(yù)為“橋梁博物館〞的天津市區(qū)和濱海新區(qū)跨海河橋梁耐久性問題。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，天津市跨海河干流現(xiàn)有23座橋梁，詳見表2.1。表2.1天津市跨海河干流橋梁形式拱橋梁橋懸索橋斜拉橋組合橋開啟橋橋名金鋼橋、大沽橋、直沽橋、國泰橋獅子林橋、北安橋、大光明橋、光華橋、海津大橋、桔兆橋、南疆公路大橋富民橋赤峰橋、劉莊橋、濱海大橋、海河大橋進(jìn)步橋、金阜橋、西外環(huán)海河橋金湯橋、解放橋、海門大橋、海河開啟橋?qū)τ诨炷两Y(jié)構(gòu)耐久性，目前有?鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定?(鐵建設(shè)[2023]157號(hào))[1]、?海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?(交通部JTJ275)[2]、?公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?(交通部JTG2023)[3]、?混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程?(山東省技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DBJ14-S6-2023)[4]，但交通行業(yè)尚未相應(yīng)的國標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2023年清華大學(xué)土木工程系牽頭主編了?混凝土耐久性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?，其關(guān)于耐久性設(shè)計(jì)具體內(nèi)容包括選型、材料、構(gòu)造、附加措施、施工質(zhì)量及維護(hù)與檢測等6個(gè)方面。對(duì)于天津地區(qū),天津建設(shè)管理委員會(huì)制訂了?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程?[6]，完善了?混凝土耐久性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?中相關(guān)內(nèi)容，并有針對(duì)性地規(guī)定了天津地區(qū)橋梁的耐久性設(shè)計(jì)具體內(nèi)容及相應(yīng)的措施，主要包括8個(gè)方面，具體如下列圖2.1所示。圖2.1.耐久性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)內(nèi)容針對(duì)天津地區(qū)的橋梁所處的環(huán)境，天津市市政工程設(shè)計(jì)研究聞寶聯(lián)[7]等人對(duì)天津?yàn)I海地區(qū)鋼筋混凝土橋梁病害進(jìn)行調(diào)查，并建議了相應(yīng)的提高耐久性措施。具體詳見下表2.2。表2.2天津地區(qū)橋梁耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容及措施耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容所處環(huán)境措施樁基地下水中硫酸根離子、鎂離子、氯離子等化學(xué)腐蝕提高混凝土密實(shí)性、添高效減水劑、引氣劑、摻礦粉、粉煤灰等活性粉末墩柱、橋臺(tái)地下水位較淺，隨潮汐變化而有規(guī)律波動(dòng)，在遷移過程中結(jié)晶且地表附近墩臺(tái)還受凍害破壞作用提高混凝土密實(shí)性,引入引氣成分,摻混凝土防腐劑。在地表以下600mm和地面以上1500mm范圍內(nèi)硅烷乳液浸漬處理橋梁上部結(jié)構(gòu)潮濕海風(fēng)攜帶氯離子;化冰鹽水的滲漏以及被鹽水濕潤后鹽凍破壞提高混凝土的密實(shí)性以及表層混凝土的質(zhì)量，引人引氣組分防撞墻化冰鹽水濺射，鹽凍破壞和鹽結(jié)晶腐蝕嚴(yán)重，二氧化碳及二氧化硫濃度高使用阻銹劑,外表進(jìn)行硅烷浸漬處橋面、細(xì)部防水受橋梁受力變形特點(diǎn)、當(dāng)?shù)貧夂?、施工管理水平及?jīng)濟(jì)開展水平影響結(jié)構(gòu)細(xì)部存在陰陽角用涂料類適宜,而橋面出現(xiàn)負(fù)彎矩那么用卷材合理。,對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的主要理論和方法，公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG/TB07-01-2023)[3]給出了具體的評(píng)定方法(詳見表2.3)。表2.3結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的評(píng)定方法評(píng)定方法具體內(nèi)容備注環(huán)境指數(shù)評(píng)定法其中，耐久指數(shù)Tp，環(huán)境指數(shù)Sp，S0為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的環(huán)境指數(shù)值；△Sp為鹽分和凍融的影響，為惡劣環(huán)境的環(huán)境指數(shù)增分值，△Sp根據(jù)具體環(huán)境條件的不同進(jìn)行選擇?；陔S機(jī)動(dòng)態(tài)可靠度的耐久性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)過程R(t)，結(jié)構(gòu)荷載隨機(jī)過程S(t)，功能函數(shù)Z(t)基于使用壽命設(shè)計(jì)和全壽命經(jīng)濟(jì)性控制耐久性設(shè)計(jì)，，td、γt、tg分別為設(shè)計(jì)使用壽命、使用壽命平安系數(shù)和目標(biāo)使用年限；Dmax為構(gòu)件最大容許退化，Dg為tg時(shí)刻的退化均值，vD為退化的變異系數(shù)，可靠度指標(biāo)β2、影響耐久性的主要因素通過國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，影響橋梁耐久性主要因素包括外部因素和內(nèi)部因素〔如圖2.2所示〕，提高耐久性的目的就是提高結(jié)構(gòu)使用壽命，保證結(jié)構(gòu)正常平安使用。日本預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)協(xié)會(huì)主編的?鋼-混組合橋設(shè)計(jì)施工規(guī)準(zhǔn)?中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生影響的主要因素也包含在其中。圖2.2影響耐久性的主要因素對(duì)于外部因素，天津年平均氣溫約為14℃，7月最熱，月平均溫度28℃。1月最冷，月平均溫度-2℃。按?公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTGD62-2023)[8]中1.0.9條可知，天津地區(qū)為微凍地區(qū)，該地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)存在較小幅度的凍融現(xiàn)象。橋梁結(jié)構(gòu)中引起混凝土及鋼材裂縫原因較多，主要有：收縮徐變、溫度應(yīng)力、結(jié)構(gòu)材料、養(yǎng)護(hù)條件及施工質(zhì)量等因素[7]。天津市為濱海城市，空氣中的氯離子含量較高，不可防止地影響天津地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，這也是本次社會(huì)實(shí)踐中專門分析評(píng)價(jià)濱海新區(qū)及天津市區(qū)因氯離子對(duì)橋梁耐久性影響程度的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。自1988年海河水質(zhì)污染防治研討會(huì)召開以來，海河水質(zhì)污染防治一直是天津市環(huán)保部門高度重視的工程。在2023年海河水系受到重度污染后，環(huán)保部門更是高度重視，專項(xiàng)撥款24億用于治理海河水質(zhì)的主要污染〔五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮〕。據(jù)天津市環(huán)境監(jiān)測中心對(duì)天津海河三岔口水質(zhì)污染狀況進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)海河的水質(zhì)狀況根本比較穩(wěn)定，pH值變化不大，只在酸雨作用的夏季雨量最豐富的7～9月份較低。此外，通過對(duì)2023～2023年主要污染物情況比較發(fā)現(xiàn)，主要污染因子為氨氮和高錳酸鹽指數(shù)〔如圖2.3所示〕，而且每年7、8及9月氨氮明顯增高，外部來水對(duì)海河水質(zhì)影響明顯，各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)由夏季時(shí)符合地表水Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)過渡到符合地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在無外部來水的情況下，海河水質(zhì)狀況變化不大，總體水質(zhì)為Ⅴ類。a)水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)變化趨勢(shì)圖b)水質(zhì)氨氮變化趨勢(shì)圖圖2.3天津海河水質(zhì)指數(shù)變化趨勢(shì)圖據(jù)天津氣象報(bào)告可知，該地區(qū)年平均降水量在360－970毫米之間，(1949－2023)年平均值是600毫米上下，在7、8、9月份天津地區(qū)的酸雨更是加劇鋼材銹蝕，這也是海河水平面以上橋梁結(jié)構(gòu)必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于內(nèi)部因素，許多橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已作相應(yīng)的限定。如?公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTGD62-2023)[8]中1.0.7條規(guī)定公路橋涵應(yīng)根據(jù)其所處環(huán)境條件進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，并在表1.0.7中給出了結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的根本要求。對(duì)于天津地區(qū)其環(huán)境條件為Ⅲ類海水環(huán)境，最大水灰比：0.45，最小水泥用量：300kg/m3，最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C35，最大氯離子含量：0.10%，最大堿含量：3.0kg/m3；對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的最大氯離子含量：0.06%，最小水泥用量：350kg/m3，最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C40。另外主要受拉鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋。再如鐵道部2023年實(shí)施的?鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定?鐵建設(shè)(2023)157號(hào)[1]中規(guī)定混凝土耐久性指標(biāo)包括：混凝土的抗裂性、護(hù)筋性、抗凍性、耐磨性及抗堿—骨料反響性等。此外?公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?(JTG/TB07-01-2023)[3]中3.0條及?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程?[7]中3.3條也有相關(guān)規(guī)定。查二者標(biāo)準(zhǔn)表可知，對(duì)于天津地區(qū)環(huán)境條件為Ⅲ類海水環(huán)境，濱海新區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)處于輕度鹽霧區(qū)，天津市區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)處于重度鹽霧區(qū)〔詳見表2.4〕。表2.4天津地區(qū)和濱海新區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)所處環(huán)境等級(jí)及材料要求要求天津市區(qū)濱海新區(qū)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境等級(jí)上部結(jié)構(gòu)E級(jí)(重度鹽霧區(qū))D級(jí)(輕度鹽霧區(qū))橋墩E級(jí)D級(jí)(長期浸泡在海水中)樁基E級(jí)E級(jí)材料、添加劑要求上部結(jié)構(gòu)硅酸鹽水泥：PI、摻混合材料6~15%的PO、摻混合材料不大于5%的PII，礦物摻合料用量：不超過20%橋墩樁基?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程?[7]中規(guī)定：保證橋梁耐久性應(yīng)有必要的構(gòu)造要求，以隔絕或減輕環(huán)境因素對(duì)混凝土作用，控制混凝土的裂縫產(chǎn)生及提供足夠厚度的保護(hù)層。其中保護(hù)層厚度方面，?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?GB50010-2023中對(duì)普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋最小保護(hù)層厚度進(jìn)行了規(guī)定，如III類環(huán)境中，根底及樁基承臺(tái)不小于60mm，墩臺(tái)身最小為45mm。與GB50010-2023中保護(hù)層厚度規(guī)定不同，?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程?[6]綜合考慮了施工偏差等因素規(guī)定：對(duì)于先張預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁保護(hù)層厚度，一般不小于非預(yù)應(yīng)力鋼筋保護(hù)層厚度最小值厚度與施工負(fù)誤差之和。對(duì)于直線段后張預(yù)應(yīng)力鋼筋，浄保護(hù)層厚度為護(hù)套或孔道管外緣至鋼筋外表的距離，其值不應(yīng)小于護(hù)套或孔道管得1/2，對(duì)于曲線段預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件浄保護(hù)層，按JTGD62相關(guān)規(guī)定。III類環(huán)境中，對(duì)于封端混凝土應(yīng)外加阻銹劑，且混凝土封端的保護(hù)層厚度不小于50mm，在鹽類腐蝕環(huán)境下不小于80mm。在本次社會(huì)實(shí)踐中，北京市奧林匹克公園某一連續(xù)斜腿剛構(gòu)橋在邊跨封端保護(hù)層因欄桿安裝過程中施工質(zhì)量差而明顯不滿足要求〔如圖2.4所示〕。團(tuán)隊(duì)成員與連續(xù)剛構(gòu)橋合影封端保護(hù)層情況圖2.4.北京市奧林匹克公園某一連續(xù)斜腿剛構(gòu)橋?yàn)I海新區(qū)已建跨海河干流橋梁耐久性現(xiàn)狀濱海新區(qū)已建橋梁所處的環(huán)境與天津市區(qū)相比，空氣中和水中氯離子含量均略高。相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求會(huì)高一點(diǎn)。且大橋地下水、河水具有強(qiáng)腐蝕性，在配置混凝土?xí)r需添加防腐劑。對(duì)于天津市濱海地區(qū)混凝土橋梁，2023年天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院聞寶聯(lián)[7]等人在耐久性主要影響因素的根底上，認(rèn)為混凝土橋梁劣化模式的主要有：1〕鹽結(jié)晶腐蝕：2〕水凍融破壞；3〕鹽凍破壞；4〕鋼筋銹蝕破壞；5〕結(jié)構(gòu)受力破壞；6〕堿-骨料反響破壞；7〕綜合破壞等7大方面。以下可借鑒此劣化模式對(duì)濱海新區(qū)海河橋梁進(jìn)行分析研究。1、海河大橋在海河入?？谔?新建海河大橋與平行的老海河大橋組成一對(duì)反對(duì)稱的雙塔“姊妹橋〞〔詳圖2.5〕，成為新區(qū)的一道靚麗風(fēng)景和城市標(biāo)志性建筑。新建海河大橋位于海河入海口處，已建海河大橋東側(cè)，與原橋橋面凈距離12米。大橋全長2033米，橋?qū)?3米，為主跨310米雙索面混合梁獨(dú)塔斜拉橋，其鉆石型主塔高165.8米。原橋新橋?qū)挘?4m寬：原橋新橋?qū)挘?4m寬：23ma)海河大橋b)海河大橋新舊橋斷面c)原橋在剛度突變處腹板頂面縱向裂縫d)新橋U肋斷面改良形式圖2.5新舊海河大橋比較原海河大橋全橋箱內(nèi)吊點(diǎn)橫隔板34個(gè)，普通橫隔板146個(gè)，在2023年檢測中共有101個(gè)普通橫隔板開裂，204條裂縫；U肋與橫隔板焊接處焊縫開裂，全橋共269處；U肋與頂板焊縫開裂79處，這些部位均發(fā)生在應(yīng)力集中位置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能保證結(jié)構(gòu)耐久性。此外，頂板縱肋與左右橋面鋼板剛度不匹配導(dǎo)致橋面板上部混凝土出現(xiàn)通長縱向裂縫(圖5-c))。針對(duì)原海河大橋出現(xiàn)的病害，新建海河大橋采用的鋼箱梁截面中頂板、底部、橫隔板及U肋的厚度〔詳見表2.5〕有較大提高，這種設(shè)計(jì)處理方式能大大提高鋼箱梁的耐久性。表2.5.新舊海河大橋截面厚度比較單位:mm頂板底板吊點(diǎn)橫隔板普通橫隔板頂板U肋底部U肋原橋141212(24)106×300×2606×300×260新橋161614148×300×3006×300×2602、海河開啟橋海河開啟橋是目前世界上最大的立轉(zhuǎn)式開啟橋之一，也是亞洲同類橋梁中規(guī)模最大的。該橋主跨76m，凈跨為68m，為亞洲同類最大跨度開啟橋，橋梁轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為38m、橋梁開啟最大角度85°，橋下通航凈寬度68m，在不開啟狀態(tài)下其凈空大于7m，開啟時(shí)凈空超過27m。開啟橋橋墩為深水、大體積混凝土施工，澆注混凝土6000m3，且本橋所處的海河水具有強(qiáng)腐蝕性，而主墩腔室周長為116m的薄壁環(huán)形封閉結(jié)構(gòu)，壁厚為2m，墩腔內(nèi)部安裝機(jī)械、液壓、電控等設(shè)備，要求混凝土墻壁不能出現(xiàn)任何裂縫，一旦出現(xiàn)，滲水將直接影響設(shè)備的正常工作和壽命，這也是本橋耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。表2.6.海河開啟橋耐久性設(shè)計(jì)指標(biāo)混凝土等級(jí)最大氯離子含量最大堿含量防腐蝕抗?jié)B性抗凍性抗氯離子滲透性抗硫酸鹽腐蝕性C300.15%2.0kg/m3SRA-1型砼P8F300很低明顯增強(qiáng)工程部聯(lián)合高等院校進(jìn)行了?海河開啟橋高性能混凝土成套技術(shù)研究?的技術(shù)攻關(guān)，試圖解決砼配合比、砼防腐、砼防凍、砼抗震、砼抗?jié)B等5項(xiàng)技術(shù)難題。但本次社會(huì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)腐蝕性河水已使防撞墻外部的SRA-A型混凝土防腐蝕層(圖2.6-b))遭受大面積嚴(yán)重腐蝕，而且腐蝕區(qū)域沿墻身呈上升趨勢(shì)，且混凝土完全暴露在河水和空氣中，這種問題在邊跨河水中的橋墩造成的鹽腐蝕更為明顯，與水面接觸的橋墩沿四周明顯變黑。因此這將仍是海河開啟橋需要在未來解決的耐久性問題。此外本次社會(huì)實(shí)踐中，步行梯(圖2.6-c)及d))因長期暴露在露天環(huán)境中而遭受嚴(yán)重銹蝕，特別在與立柱結(jié)合處的焊縫位置，這些位置承受較大彎矩。邊跨T梁橋墩蓋梁處(圖6-e))明顯受雨水侵蝕，對(duì)該處的橡膠支座造成一定的腐蝕。在箱梁中部截面欄桿外側(cè)排水口處(圖6-f))因橋面板低凹而造成嚴(yán)重銹蝕。a)團(tuán)隊(duì)成員與海河開啟橋合影b)防撞墻防護(hù)層腐蝕情況c)步行梯上部銹蝕情況d)步行梯下部銹蝕情況e)海河開啟橋蓋梁受雨水侵蝕情況f)排水口處銹蝕情況圖2.6海河開啟橋3、海門大橋海門大橋建成距今已有30年了，是我國目前開啟跨度最大、提升高度最高的直升式鋼結(jié)構(gòu)跨河橋。橋總長550.1m，主橋分跨為2×48+64+2×48(m〕，采用簡支下承式栓焊鋼桁梁。在活動(dòng)孔兩側(cè)建有45米高的提升鋼塔架，作為開啟通航道。大橋開啟時(shí)，凈寬60米，凈空高31米。在本次社會(huì)實(shí)踐中，據(jù)天津市民介紹，許多超載車使得大橋振動(dòng)幅度大，且曾經(jīng)造成橋面板斷裂。升降平臺(tái)關(guān)系到中跨橋段整體提升過程中的平安性，故細(xì)部耐久性的作用必須重視，調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)提升纜索和提升鋼梁螺栓出現(xiàn)明顯銹蝕情況(圖2.7-b))，建議有關(guān)部門及時(shí)進(jìn)行涂裝處理，對(duì)已嚴(yán)重銹蝕部位或裂縫部位及時(shí)整改。a)團(tuán)隊(duì)成員與海門大橋合影b)升降臺(tái)銹蝕情況圖2.7.海門大橋?yàn)I海新區(qū)已建橋梁運(yùn)營期間可能出現(xiàn)的橋梁病害通過對(duì)前面濱海新區(qū)已建三座橋梁的耐久性現(xiàn)狀調(diào)研，總結(jié)起來，運(yùn)營期間橋梁的病害主要為以下5大方面：1)防撞墻及橋墩等與河水接觸的部位遭受強(qiáng)腐蝕性河水腐蝕；2)長期暴露在露天環(huán)境中，承受拉應(yīng)力及壓應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及焊接部位易遭受銹蝕；3)橋梁伸縮縫處及橋面低凹處因防排水不暢導(dǎo)致支座、下部結(jié)構(gòu)及橋面遭受侵蝕；4)橋面板縱肋或橫肋與其附近鋼板剛度不匹配導(dǎo)致橋面板上部混凝土出現(xiàn)通長裂縫。5)動(dòng)力裝置部位容易因涂裝層脫落而銹蝕。海河開啟橋的耐久性及后期檢測加固的關(guān)鍵技術(shù)1、海河開啟橋的耐久性現(xiàn)狀天津海河上曾出現(xiàn)過六座不同開啟方式的開啟式鋼橋,它們分別是:建于1906年的金湯橋、建于1917年的金華橋、建于1922年的金鋼橋、建于1923年的解放橋及建于1985年的海門大橋及建于2023年的響螺灣海河開啟橋。其開啟類型、開啟方式及現(xiàn)狀詳見表2.8。表2.8.天津跨海河開啟橋橋名建造時(shí)間開啟類型開啟方式現(xiàn)狀金湯橋1906年平轉(zhuǎn)式開啟鋼橋電力啟動(dòng)改建為人行橋金華橋1917年雙葉立轉(zhuǎn)下承開啟人力開啟現(xiàn)已撤除金鋼橋1922年雙葉立轉(zhuǎn)開啟式橋電力開啟改建為新彩虹式金鋼橋解放橋1923年雙葉立轉(zhuǎn)式開啟橋電力啟動(dòng)供公路車輛及行人使用海門大橋1985年直升式開啟鋼橋電力啟動(dòng)供公路車輛及行人使用響螺灣海河開啟橋2023年雙葉立轉(zhuǎn)式開啟橋電力啟動(dòng)供公路車輛及行人使用對(duì)于金湯橋和金華橋，兩座橋梁因耐久性問題不滿足原設(shè)計(jì)要求而改建或撤除，金湯橋2023年在恢復(fù)設(shè)計(jì)原貌的根底上進(jìn)行了加固整容并恢復(fù)了原有的開啟功能，其中，金湯橋的東岸裝有電動(dòng)系統(tǒng)控制裝置，在啟動(dòng)時(shí)，橋體以靠近東岸的橋墩為軸逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)，十分鐘后金湯橋橋體可轉(zhuǎn)動(dòng)90度。對(duì)于金鋼橋，將原橋進(jìn)行撤除改建為鋼-混組合結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋，并在其上方修建彩虹式系桿拱橋。解放橋因耐久性問題很早就不能實(shí)現(xiàn)開啟，在2023年經(jīng)過全部重新整改和替換之后現(xiàn)已作為公路和行人使用，恢復(fù)原來開啟功能。海門大橋經(jīng)過20多年之后不能滿足耐久性要求，在2023年作了相應(yīng)的維護(hù)。對(duì)于響螺灣海河開啟橋,在?海河開啟橋高性能混凝土成套技術(shù)研究?的技術(shù)支持下，該橋結(jié)構(gòu)目前處于正常使用狀態(tài)，響螺灣海河開啟橋自2023年建成至今暫未作相關(guān)加固。但在構(gòu)造細(xì)節(jié)上尚存在如濱海新區(qū)已建橋梁運(yùn)營期可能出現(xiàn)的橋梁病害一節(jié)中已重點(diǎn)總結(jié)的三個(gè)相關(guān)問題,即步行梯因長期暴露在露天環(huán)境中而遭受嚴(yán)重銹蝕，特別在與立柱結(jié)合處的焊縫位置；邊跨T梁橋墩蓋梁處明顯受雨水侵蝕，對(duì)該處的橡膠支座造成一定的腐蝕；在箱梁中部截面欄桿外側(cè)排水口處因橋面板低凹而造成嚴(yán)重銹蝕。2、海河開啟橋后期檢測加固關(guān)鍵技術(shù)在前一小節(jié)中，介紹了六種開啟橋的耐久性現(xiàn)狀，其中對(duì)開啟橋進(jìn)行加固的開啟橋主要有兩座，一為解放橋，二為海門大橋。解放橋在2023年進(jìn)行改造，對(duì)電路、傳動(dòng)等開啟系統(tǒng)的全面整修，恢復(fù)了原有的可開啟功能，同時(shí)對(duì)整個(gè)橋的鋼梁進(jìn)行了維修和加固，并重新油飾。對(duì)銹蝕嚴(yán)重的局部零部件進(jìn)行了1:1的復(fù)制和更換。海門大橋在2023年分兩階段進(jìn)行維修，第一階段主要是維修大橋的引橋、引路，包括更換護(hù)欄和路燈等設(shè)施。第二階段對(duì)主橋直升式鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修，包括更換相關(guān)部件，處理銹蝕局部，重刷防腐漆等。從以上跨海河開啟橋加固維修具體措施來看，跨海河開啟橋需主要關(guān)注鉚接、焊接工藝、防腐工藝及開啟系統(tǒng)等三大加固養(yǎng)護(hù)方面，具體思路如圖2.8所示，各分項(xiàng)應(yīng)符合加固、養(yǎng)護(hù)等相關(guān)設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)要求。圖2.8天津跨海河開啟橋修復(fù)思路天津市區(qū)橋梁的耐久性及檢測加固現(xiàn)狀天津市區(qū)跨海河橋梁有10余座，本次社會(huì)實(shí)踐重點(diǎn)考察了以下8座橋梁的耐久性。1、赤峰橋橋天津赤峰橋主橋?yàn)楠?dú)斜塔雙索面彎斜拉橋。該橋橋面長226米、寬30.95米，橋面設(shè)雙向6車道。主塔為局部預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用斜塔形式，塔垂直高度為64.923m，塔身軸線與大地平面垂直夾角為63?。赤峰橋出現(xiàn)的主要問題在于暴露在空氣中的斜拉索下錨頭油漬溢出外表，且外表涂層受污染(圖9-b))，塔頂建筑與索塔接觸部位略有局部銹蝕。a)團(tuán)隊(duì)成員與赤峰橋合影b)錨頭銹蝕情況圖2.9赤峰橋2、金阜河橋金阜河橋全長192米,寬23.5米。橋身采用輕型非對(duì)稱結(jié)構(gòu),兩側(cè)人行橋與主橋構(gòu)成一個(gè)三維立體結(jié)構(gòu)，影響橋梁耐久性主要存在的問題在于排水口處排水不暢導(dǎo)致排水口附近鋼板銹蝕(圖2.10-b))。a)團(tuán)隊(duì)成員與金阜河橋合影b)排水口處銹蝕情況圖2.10.金阜河橋3、直沽橋直沽橋全長257.3m，橋面寬度最大為58.5m。全橋有27道飛跨拱、68片鋼結(jié)構(gòu)“花瓣〞和296根吊桿，全橋27道拱，每三道形成一組跨，夾在三道拱之間的就是花瓣?duì)畹匿摻Y(jié)構(gòu)，整座橋共有68片“花瓣〞，每片“花瓣〞由兩個(gè)鋼制“三角形〞組成。“鋼鍋蓋〞共有36種大小，邊長位于3~7m之間。天津直沽橋耐久性存在的主要問題在于：1)與拱架連接的局部斜向吊桿節(jié)點(diǎn)處銹蝕嚴(yán)重(圖2.11-b))；2)邊跨斜腿端部螺栓銹蝕嚴(yán)重(圖2.11-c))；3)人行天橋外伸鋼臂工字鋼翼板與腹板焊縫處及翼板上外表均存在銹蝕情況(圖2.11-d))；4)鋼拱架拱腳混凝土外表裂縫明顯(圖2.11-e))；5)局部鋼拱架拱腳處長期暴露在濕潤空氣中導(dǎo)致在拱腳處有銹蝕情況(圖2.11-f))。容易發(fā)現(xiàn)，發(fā)生銹蝕的這些部位均為拉壓應(yīng)力較大部位。a)團(tuán)隊(duì)成員與直沽橋合影b)斜拉索錨頭銹蝕位置c)邊跨斜腿端部銹蝕位置d)人行天橋外伸鋼臂銹蝕位置e)鋼拱架拱腳混凝土外表裂縫情況f)鋼拱架拱腳銹蝕情況圖2.11直沽橋4、富民橋富民橋是一座主跨為157m的單塔空間索面懸索橋，采用“船形〞結(jié)構(gòu)造型，與李公樓橋“船形〞區(qū)別較大，為后來的江東大橋提供一定的技術(shù)支撐。該橋的非線性突出的影響因素主要有：荷載作用下的結(jié)構(gòu)大位移、纜索自重垂度效應(yīng)、纜索初內(nèi)力、混凝土收縮徐變等。在調(diào)研單塔空間索面自錨式懸索橋——富民橋時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問題：懸索橋自錨端受雨水侵蝕嚴(yán)重(圖2.12-b))；人行天橋豎桿和橫桿節(jié)點(diǎn)(圖2.12-c)~d))、在索塔中部(圖2.12-e)~f))、梁與墩支座內(nèi)外交界處(圖2.12-g))、吊桿套管(圖2.12-h))及離索塔最遠(yuǎn)端的斜吊桿錨固端部(圖2.12-i)~l))發(fā)現(xiàn)假設(shè)干不同程度銹蝕情況，其中在塔最遠(yuǎn)端的斜向吊桿錨固端局部處，3處有明顯長裂紋，根本分布在高強(qiáng)螺栓周圍，且這些裂紋根本銹蝕嚴(yán)重，由于此吊桿較短且吊桿承受應(yīng)力大，在錨固端引起的應(yīng)力集中非常明顯，這在“短吊桿效應(yīng)〞中必須高度重視。a)團(tuán)隊(duì)成員與富民橋合影b)懸索橋自錨端受雨水侵蝕情況c)人行天橋豎桿和橫桿節(jié)點(diǎn)銹蝕情況d)豎向吊桿在三向焊縫處銹蝕情況e)索塔銹蝕位置f)索塔銹蝕局部g)支座銹蝕情況h)吊桿銹蝕情況2#1#3#2#1#3#i)吊桿錨固端裂紋j)1#局部裂紋k)2#局部裂紋l)3#局部裂紋圖2.12富民橋5、光華橋新改建光華橋主跨為192米，雙向6車道.始建于1977年，后歷時(shí)1年的改造于2023年通車。原光華橋主橋結(jié)構(gòu)形式為三跨筒支單懸臂中孔加吊梁結(jié)構(gòu)，新改建橋撤除原掛梁兩邊T形梁各兩片換成鋼筋混凝土箱梁。光華橋的主要問題存在于欄桿底端受河水腐蝕嚴(yán)重(圖2.13-b))，且在外包層因防排水處理不當(dāng)而出現(xiàn)水漬情況(圖2.13-c))，在橋面伸縮縫處損害較為嚴(yán)重(圖13-d))。a)團(tuán)隊(duì)成員與光華橋合影b)欄桿底部銹蝕情況c)外包層受河水侵蝕情況d)橋面伸縮縫處情況圖2.13光華橋6、劉莊橋劉莊橋?yàn)楹：由系谝蛔?dú)塔斜拉橋，橋塔高42米，塔柱為矩形實(shí)體，橋面采用栓焊鋼板梁與預(yù)制混凝土板組成的疊合梁結(jié)構(gòu)。橋長121.75米，3孔，跨徑分別為32米、71.85米和12.04米。1991年，在原址改建跨越海河的獨(dú)塔斜拉橋，后由于長期重車荷載引起的振動(dòng)、風(fēng)吹日曬等多方原因,致使該橋損壞嚴(yán)重，在海河整體改造過程中，劉莊橋整修工程于2023年9月主要對(duì)欄桿及大小燈桿進(jìn)行除銹，補(bǔ)修板梁接縫，墩體涂刷防水材料，改造泄水孔等展開維修，而對(duì)因結(jié)構(gòu)受力引起的非線性變形未做處理，10年已過，劉莊橋已僅作為人行天橋來使用，整個(gè)橋面非線性變形非常突出，索塔上部出現(xiàn)假設(shè)干明顯銹斑(圖2.14-a))，斜拉索錨頭嚴(yán)重銹蝕((圖2.14-b)))，橋面鋼縱梁與橫梁接頭明顯銹蝕((圖2.14-c)))，橫向、縱向橋面大面積裂縫(圖2.14-d))。不難看出，全橋出現(xiàn)比較嚴(yán)重的問題，關(guān)鍵在于主梁截面剛度的不合理布置，且栓焊鋼板梁與預(yù)制混凝土板組成的疊合梁結(jié)構(gòu)的主梁截面整體性較差，如橋面縱向裂縫主要由主梁縱肋與兩側(cè)橋面板抗彎剛度完全不匹配，導(dǎo)致局部斜拉索應(yīng)力損失，而使得縱肋上部混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，而橫向裂縫主要是由于橫隔板的間距過大而造成的。故疊合梁結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證受力合理的前提下提高整體性。a)橋面非線性變形情況b)斜拉索錨頭銹蝕情況c)橋面鋼縱梁與橫梁接頭銹蝕情況d)橫向、縱向橋面裂縫情況圖2.14.劉莊橋7、保定橋鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，主跨采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，風(fēng)帆造型的橋梁主塔高50米，為鋼混結(jié)構(gòu)。該橋總長231米。橋梁主跨長120米，連同橋兩側(cè)道路，全長570米。主塔塔高50米，向西傾斜75度，塔形簡約。斜拉索采用疏索形式傾斜,主跨橋面連接6根斜索，索距15米。保定橋與劉莊橋均為獨(dú)塔斜拉橋，兩者出現(xiàn)的問題不同，劉莊橋的主要問題在于主梁結(jié)構(gòu)剛度問題，而保定橋的主要問題那么主要為主塔彎曲剛度問題(圖2.15-b))，傾斜塔兩側(cè)斜拉索拉力大小不一致，使得塔頂兩側(cè)水平力不同，不平衡水平力引起的彎矩由主塔承當(dāng)，而主塔剛度沿主塔傾斜方向變化，即形成了上部受兩端水平力和豎向力同時(shí)作用而下部為固端約束的根本力學(xué)模型，在中部內(nèi)凹處(圖2.15-c))，不平衡彎矩更大，截面曲率變形增大，直到到達(dá)新的平衡狀態(tài)。a)團(tuán)隊(duì)成員與保定橋合影b)索塔中間部位局部內(nèi)凹設(shè)計(jì)狀態(tài)變形現(xiàn)狀設(shè)計(jì)狀態(tài)變形現(xiàn)狀c)索塔內(nèi)凹變形原因分析圖2.15保定橋8、金湯橋金湯橋始建于1906年，是天津最早、也是目前國內(nèi)僅存的三跨平轉(zhuǎn)式開啟的鋼結(jié)構(gòu)橋梁。橋長76.4米，總寬10.5米。現(xiàn)已作為人行橋使用，經(jīng)過假設(shè)干年的養(yǎng)護(hù)維修，仍存在一些問題，其中變形最突出的部位位于平轉(zhuǎn)段兩端點(diǎn)，因?yàn)樵谄睫D(zhuǎn)前后，端節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)的弦桿出現(xiàn)拉壓應(yīng)力交替變形情況，如圖2.16-b)中間斜桿工字鋼與涂裝層粘接應(yīng)力不夠，引起工字鋼截面沿焊縫方向出現(xiàn)比較嚴(yán)重銹蝕情況，2.16-c)、2.16-d)及2.16-e)圖中端節(jié)點(diǎn)沿縱橋向加勁板在豎向荷載作用下發(fā)生局部屈曲，甚至導(dǎo)致粘結(jié)鋼板之間粘結(jié)應(yīng)力完全喪失。a)平轉(zhuǎn)時(shí)的金湯橋b)中間斜桿工字鋼銹蝕情況c)端節(jié)點(diǎn)1變形情況d)端節(jié)點(diǎn)2變形情況e)中間桁架節(jié)點(diǎn)變形情況圖2.16金湯橋?qū)⒁陨?種情況總結(jié)，天津市區(qū)橋梁耐久性存在的主要問題如下表2.9所示。表2.9天津市區(qū)橋梁耐久性調(diào)研情況橋名耐久性調(diào)研情況赤峰橋暴露在空氣中的斜拉索下錨頭外表涂層、塔頂建筑與索塔接觸部位局部銹蝕金阜河橋排水口附近鋼板銹蝕直沽橋斜向吊桿節(jié)點(diǎn)處、邊跨斜腿端部螺栓、人行天橋外伸鋼臂工字鋼翼板與腹板焊縫處及翼板上外表、鋼拱架拱腳處均銹蝕；且鋼拱架拱腳混凝土外表裂縫明顯富民橋懸索橋自錨端、在索塔中部、梁與墩支座內(nèi)外交界處、吊桿套管及離索塔最遠(yuǎn)端的斜吊桿錨固端部及其高強(qiáng)螺栓周圍銹蝕光華橋欄桿底端腐蝕嚴(yán)重，在橋面伸縮縫處損害嚴(yán)重劉莊橋主梁截面剛度的不合理布置，主梁截面整體性較差，橋面縱向裂縫、橫向裂縫嚴(yán)重金湯橋平轉(zhuǎn)段兩端點(diǎn)明顯變形，中間斜桿工字鋼與涂裝層因撕裂而銹蝕濱海新區(qū)公路橋梁與城區(qū)市政橋梁耐久性問題的差異通過對(duì)天津市區(qū)與濱海新區(qū)已建橋梁的耐久性現(xiàn)狀調(diào)研，發(fā)現(xiàn)天津市區(qū)及濱海新區(qū)橋梁耐久性主要問題的共性有以下四個(gè)方面。1)設(shè)計(jì)剛度不匹配嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，這也是本次社會(huì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的最嚴(yán)重的問題。橋面板縱肋或橫肋與其附近鋼板剛度不匹配導(dǎo)致橋面板上部混凝土出現(xiàn)通長裂縫，如濱海新區(qū)的海河大橋和天津市區(qū)的劉莊橋；再如因主塔彎曲剛度問題致使保定橋主塔中部內(nèi)凹。2)長期暴露在露天環(huán)境中，承受拉應(yīng)力及壓應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及焊接部位易遭受銹蝕，如3)橋梁伸縮縫處及橋面低凹處因防排水不暢導(dǎo)致支座、下部結(jié)構(gòu)及橋面遭受侵蝕，如天津市區(qū)的金阜河橋、保定橋和濱海新區(qū)的海河開啟橋。2023年天津市政工程研究院夏寶駒研究團(tuán)隊(duì)對(duì)濱海新區(qū)橋梁耐久性狀況調(diào)研，發(fā)現(xiàn)實(shí)際上類似的病害在濱海新區(qū)所有的橋梁上都有發(fā)生,至少有70%以上的橋梁伸縮縫發(fā)生滲漏水,對(duì)應(yīng)其下的所有蓋梁都有不同程度的凍傷、鋼筋銹蝕、梁體外表出現(xiàn)裂縫,而且其中的一些橋梁運(yùn)營僅10年左右。4)動(dòng)力裝置部位容易因涂裝層脫落而銹蝕。如濱海新區(qū)的海門大橋和響螺灣海門開啟橋。濱海新區(qū)公路橋梁與城區(qū)市政橋梁耐久性問題的主要差異在于因橋梁所處環(huán)境等級(jí)不同橋梁不同部位〔上部結(jié)構(gòu)、橋墩及樁基等〕受鹽類腐蝕程度大小。天津市區(qū)與濱海新區(qū)樁基在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境等級(jí)中均處于的E級(jí)環(huán)境中，其地下水中氯鹽、硫酸鹽、鎂鹽寒冷都高于海水，另外樁基以下局部狀況無法調(diào)研，故只能從上部結(jié)構(gòu)和橋墩下部結(jié)構(gòu)狀況總結(jié)差異性。1)對(duì)于下部結(jié)構(gòu)濱海新區(qū)在氣候上屬于寒冷地區(qū)，地質(zhì)上屬于鹽堿灘涂地帶，很多區(qū)域的，橋梁遭受氯鹽腐蝕嚴(yán)重，使得防撞墻及橋墩等與河水接觸的下部結(jié)構(gòu)遭受強(qiáng)腐蝕性河水腐蝕。與此相似，夏寶駒研究團(tuán)隊(duì)在2023年的調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)橋梁的防撞墻下部、墩柱根部的鹽腐蝕和鹽凍非常嚴(yán)重。天津市區(qū)橋梁下部結(jié)構(gòu)受腐蝕程度低于濱海新區(qū)橋梁。2)由天津市耐久性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可知，天津市區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)、橋墩所處的環(huán)境等級(jí)E級(jí)高于濱海新區(qū)的上部結(jié)構(gòu)、橋墩D級(jí)。因天津市區(qū)上部結(jié)構(gòu)處于重度鹽霧區(qū)，從本次社會(huì)實(shí)踐橋梁調(diào)查發(fā)現(xiàn)天津市區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)受鹽類腐蝕比濱海新區(qū)的稍嚴(yán)重。合理的養(yǎng)護(hù)與檢測加固建議被譽(yù)為“橋梁博物館〞的天津市在自身橋梁大開展的同時(shí)，一直著力解決本市橋梁出現(xiàn)的令人棘手的病害問題，特別是近四年來，天津市政公路管理局花大力氣發(fā)現(xiàn)和整治“問題橋梁〞。自2023年7月11日在天津市深化公路養(yǎng)管體制改革工作會(huì)議上，制定了?關(guān)于深化天津市公路養(yǎng)護(hù)管理體制改革的意見?，要求確保年內(nèi)消滅三類以上病害橋梁。2023年08月18日天津市橋梁進(jìn)行第三次全覆蓋、拉網(wǎng)式平安排查，采用橋梁技術(shù)等級(jí)認(rèn)定體系〔BCI〕進(jìn)行評(píng)分評(píng)級(jí)，這是繼對(duì)獨(dú)墩立交橋和鋼管拱橋組織了兩次橋梁隱患排查后又一大行動(dòng)。到2023年10月11日，天津已集中排查了4000多座橋梁，得出結(jié)論：天津市在用道路橋梁運(yùn)行狀況整體上來說是可控的，主要道路橋梁運(yùn)行是平安的，其中：高速公路和農(nóng)村公路沒有四、五類病害橋梁；普通公路有11座四類病害橋梁，無五類病害橋梁。2023年\o"點(diǎn)擊查看天津市市政公路管理局的更多新聞"天津市市政公路管理局副局長吳秉軍宣稱2023年年底前天津?qū)⒏鞠麥鐔栴}橋梁，即要消滅主要道路上的四、五類病害橋梁，保障通行平安。同時(shí)2023年3月20日公布?天津市城市道路橋梁設(shè)施保護(hù)規(guī)定?，并于2023年06月01日開始實(shí)施。到2023年3月天津216條道路78座橋梁“病害〞已全部治理完畢，同時(shí)2023年天津重點(diǎn)橋梁安裝“身份編碼〞完善數(shù)字養(yǎng)管平臺(tái)。通過近5年的努力，天津市市政公路管理局橋梁養(yǎng)管措施為國內(nèi)橋梁提供了很好的借鑒作用。盡管天津市各位橋梁工作者為天津市橋梁平安作出了可喜奉獻(xiàn)，在本次社會(huì)實(shí)踐中，依然有些問題尚待解決，基于此，本報(bào)告中針對(duì)跨海河橋梁出現(xiàn)的問題有必要提出相關(guān)建議以作參考。橋梁養(yǎng)護(hù)方面問題一直是全世界關(guān)注的重點(diǎn)，特別是經(jīng)濟(jì)條件較好的國家，各個(gè)國家根據(jù)橋梁環(huán)境狀況和經(jīng)濟(jì)條件制訂了相關(guān)行業(yè)相應(yīng)的防腐標(biāo)準(zhǔn)。如日本2001年制訂的?混凝土標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)書〔維護(hù)管理篇〕?、2000年預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)協(xié)會(huì)制訂的?PC橋的提高耐用性手冊(cè)?及日本道路協(xié)會(huì)制訂的?鋼道路橋噴涂手冊(cè)?。中國1996年制訂的?鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝工藝標(biāo)準(zhǔn)?，2023年交通部制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件?等。從國內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)效果來看，有些橋梁養(yǎng)護(hù)效果不明顯，而且養(yǎng)護(hù)后結(jié)構(gòu)防腐周期短，問題根本在于未準(zhǔn)確“對(duì)癥下藥〞。因此針對(duì)天津地區(qū)橋梁環(huán)境條件及橋梁技術(shù)狀況，以下幾個(gè)養(yǎng)護(hù)措施可供參考。1、鋼材防腐蝕、防銹對(duì)策對(duì)于鋼材防腐蝕、防銹對(duì)策，各國標(biāo)準(zhǔn)均在耐久性設(shè)計(jì)中有一定介紹，如廖肇昌?鋼結(jié)構(gòu)橋梁防蝕涂裝技術(shù)手冊(cè)介紹?中要求設(shè)計(jì)過程中必須有一定的鋼橋規(guī)劃及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之防蝕考量，其中考量的因素應(yīng)包括橋梁使用年限、橋梁設(shè)置地點(diǎn)之大氣腐蝕華景分類、橋梁特性、規(guī)模與施工方式、相關(guān)防蝕技術(shù)有效性、施工性與耐久性、維護(hù)管理方法、制度及生命周期本錢等。審慎使用耐候鋼材，曝露于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境之鋼材，除采用適當(dāng)防蝕方法保護(hù)外，其厚度亦應(yīng)酌量增加，減少橋梁曝露在腐蝕環(huán)境下之外表積。綜合日本預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)協(xié)會(huì)制訂的?鋼-混組合橋設(shè)計(jì)施工規(guī)準(zhǔn)?及?混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)?(JGJ/T193-2023)[9]，鋼材防腐蝕、防銹處理方式主要包括如下作法(圖2.17)：圖2.17鋼橋涂裝組成另外?鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?[10]中要求一、二、三等橋梁或強(qiáng)、中等、弱腐蝕環(huán)境分別為30、20、15年。且鋼結(jié)構(gòu)外外表總干涂膜厚度：海洋區(qū)、潮濕區(qū)或強(qiáng)腐蝕環(huán)境不小于280μm；枯燥區(qū)或中弱腐蝕環(huán)境不小于250μm，較弱腐蝕環(huán)境不小于225μm。而鋼箱梁構(gòu)件內(nèi)部，宜用耐久性強(qiáng)的環(huán)氧瀝青涂料涂裝，總的干膜厚度宜為200μm。對(duì)于橋梁加固方面，天津城建設(shè)計(jì)院有限公司張顯杰[11]等人專門對(duì)海河綜合開發(fā)工程開啟橋的修復(fù)與加固作了相關(guān)闡述和建議。交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院李健在作?公路橋梁檢測評(píng)定與加固成套技術(shù)?專題大會(huì)報(bào)告時(shí)，重點(diǎn)研究了公路橋梁常見病害及加固措施，提出了基于檢測結(jié)果的橋梁承載力評(píng)定方法體系，其中將質(zhì)量狀況與耐久性參數(shù)檢測中依據(jù)材料性能與耐久性退化狀況調(diào)整承載力惡化系數(shù)、依據(jù)構(gòu)件損傷程度調(diào)整截面折減系數(shù)，協(xié)同與依據(jù)橋梁技術(shù)狀況調(diào)整橋梁檢算系數(shù)，三者作為承載力評(píng)定中的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)〔圖18〕。圖2.18基于檢測結(jié)果的橋梁承載力評(píng)定方法體系同時(shí)李健也根據(jù)一般加固原那么，如預(yù)防養(yǎng)護(hù)為主、不損傷原結(jié)構(gòu)、加固技術(shù)可靠、施工操作方便、經(jīng)濟(jì)合理、養(yǎng)護(hù)工作少、不影響交通并作荷載試驗(yàn)，提出了相應(yīng)的加固方法。根據(jù)目前常用加固方法，可分為主動(dòng)加固和被動(dòng)加固兩種類型，其中主動(dòng)加固可使結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布、不僅改變強(qiáng)度還能改變結(jié)構(gòu)剛度，這種方法一般適用于承載力明顯缺乏的情況。而被動(dòng)加固應(yīng)力分布變化不大，剛度改變不大，適用于承載力少量缺乏的情況。綜合起來有如下幾種加固方法〔圖19〕，以供天津地區(qū)橋梁加固參考。圖2.19橋梁加固方法五、實(shí)踐結(jié)論1、本次社會(huì)實(shí)踐解決的問題和尚需解決的問題實(shí)踐中解決的問題：1)、本次社會(huì)實(shí)踐,通過將天津市區(qū)和濱海新區(qū)已建的近二十幾座橋梁進(jìn)行耐久性調(diào)研，發(fā)現(xiàn)濱海新區(qū)橋梁運(yùn)營期間主要存在有5大方面病害，而天津市區(qū)橋梁運(yùn)營期間主要存在7大方面病害，最突出的問題為環(huán)境銹蝕。2)、天津市區(qū)和濱海新區(qū)已建橋梁運(yùn)營期間存在這些病害的共性主要有設(shè)計(jì)剛度不匹配、焊接部位、排水部位及動(dòng)力裝置部位等四大方面，而差異性主要存在兩方面問題，即天津市區(qū)橋梁下部結(jié)構(gòu)受腐蝕程度低于濱海新區(qū)橋梁，而其上部結(jié)構(gòu)受鹽類腐蝕比濱海新區(qū)的稍嚴(yán)重。3)、針對(duì)該市已建橋梁耐久性現(xiàn)狀，提出相應(yīng)的一些提高耐久性措施的建議，并對(duì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重耐久性問題提出相應(yīng)的加固思路建議。實(shí)踐中尚需解決的問題:1)、由于本次社會(huì)實(shí)踐工作量大、任務(wù)重、時(shí)間緊，并出于平安性考慮，已建橋梁有些重要受力部位不能巡視。且社會(huì)實(shí)踐耐久性測定專業(yè)裝備有待于提高，比方氯離子含量、碳化深度、截面腐蝕率、混凝土強(qiáng)度測定等耐久性指標(biāo)。建議在以后社會(huì)實(shí)踐中能與檢測單位合作，以提高專業(yè)化水平得到較為全面的結(jié)論。2)、本次社會(huì)實(shí)踐中出現(xiàn)問題最多的主要是銹蝕問題，無論是主要受力部位還是構(gòu)造部位，或多或少基于涂裝層脫落而引起鋼外表暴露于空氣中，因此涂裝層材料及涂裝厚度對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響有待于進(jìn)一步分析研究。2.實(shí)踐單位針對(duì)實(shí)踐成果的反響1)、中國建筑股份有限公司，作為全國建筑行業(yè)領(lǐng)軍單位，已成功向橋梁等公路領(lǐng)域進(jìn)軍并取得可觀碩果。在本次社會(huì)實(shí)踐中，安陽道河橋工程部負(fù)責(zé)人對(duì)我們本次社會(huì)實(shí)踐給予了充分的信任，以積極的態(tài)度歡送本次社會(huì)實(shí)踐到安陽道河橋參觀學(xué)習(xí)，對(duì)參觀學(xué)習(xí)過程高度負(fù)責(zé)和并給予了大量幫助。對(duì)于團(tuán)隊(duì)成員提出的問題均作耐心輔導(dǎo)，對(duì)本次社會(huì)實(shí)踐大家的積極性給予了充分肯定。2)、鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司〔簡稱“鐵三院〞〕，作為國家甲級(jí)大型綜合設(shè)計(jì)院，參加了朔黃鐵路、京通鐵路、秦沈客運(yùn)專線、京滬高速鐵路規(guī)劃研究、京九鐵路、兗石鐵路、邯濟(jì)鐵路、京秦鐵路、集二鐵路、邯長鐵路、天津站、北京西站等鐵路工程設(shè)計(jì)，參加了伊朗德黑蘭地鐵、北京市、沈陽市、上海市及天津市軌道交通等工程工程。在國內(nèi)外有一定的影響力。在本次社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，橋梁處的技術(shù)負(fù)責(zé)人在我們進(jìn)行橋梁測試的過程中提供了巨大幫助和支持，同時(shí)在數(shù)據(jù)處理上也給予了我們很有價(jià)值的意見和建議，并對(duì)我們的工作給予肯定。2)、天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，參加了津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建工程、塘承高速公路一期工程等公路市政工程，為天津市市政工程作出了極大奉獻(xiàn)。本次社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，濱海分院橋梁組親切接見了團(tuán)隊(duì)成員，并在會(huì)上進(jìn)行了充分的技術(shù)交流，并對(duì)我們的未來職業(yè)規(guī)劃給予了一定的建議，對(duì)本次社會(huì)實(shí)踐工程給予了一定的支持和幫助，并充分肯定了本次社會(huì)實(shí)踐橋梁耐久性調(diào)研的必要性。3.需要進(jìn)一步研究的問題1)、影響橋梁耐久性的因素較多，目前標(biāo)準(zhǔn)著重化學(xué)成分等環(huán)境因素限定，其他尚無統(tǒng)一全面的理論對(duì)不同地區(qū)橋梁進(jìn)行限定。盡管相關(guān)地區(qū)亦作出橋梁耐久性規(guī)定，橋梁出現(xiàn)耐久性問題仍然突出，經(jīng)濟(jì)投入高漲，基于結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)耐久性標(biāo)準(zhǔn)尚需作進(jìn)一步研究。2)、從前節(jié)相關(guān)病害可知，大局部橋梁出現(xiàn)的最多問題主要是銹蝕問題，無論是主要受力部位還是構(gòu)造部位，或多或少基于涂裝層脫落而引起鋼外表暴露于空氣中，因此主要受力部位〔特別是動(dòng)力荷載作用部位〕及構(gòu)造部位的涂裝層的耐久性對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響有待于進(jìn)一步分析研究。參考文獻(xiàn)1.中華人民共和國鐵道部.鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定(鐵建設(shè)[2023]157號(hào))[S].2023.102.中華人民共和國交通部.海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTJ275-2000)[S].人民交通出版社,2001.93.中華人民共和國交通部.公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG/TB07-01-2023)[S].北京:人民交通出版社,2023.94.山東省技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程(DBJ14-S6-2023)[S].2023.125.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50476-2023)[S].中國建筑工業(yè)出版社,2023.56.張振學(xué).新型無推力空間鋼網(wǎng)拱橋理論分析與研究[D].河北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文.2023.67.天津建設(shè)管理委員會(huì).天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程(DB/T29-165-2023)[S].2023.108.聞寶聯(lián)，張紅衛(wèi)，王春陽，李美丹.天津?yàn)I海地區(qū)鋼筋混凝土橋梁病害調(diào)查與耐久性設(shè)計(jì)[J].城市道橋與防洪,2023.19.中華人民共和國交通部.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JTGD62-2023)[S].北京.202310.中國建筑科學(xué)研究院.混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JGJ/T193-2023)[S].中國建筑工業(yè)出版社,2023.211.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50917-2023)[S].中國建筑工業(yè)出版社,2023.512.張顯杰,刁潤勝,張振學(xué),韓振勇,井潤勝.海河綜合開發(fā)工程開啟橋的修復(fù)與加固[J].城市道橋與防洪,2023.9實(shí)踐團(tuán)成員參加人員信息學(xué)號(hào)姓名性別人員類別〔教師、學(xué)生〕學(xué)位類型雷俊卿女教師教授13115288劉昊蘇男學(xué)生博士13115287桂成中男學(xué)生博士13120999陳安亮男學(xué)生學(xué)碩13121030胡春男學(xué)生學(xué)碩13125822張輝男學(xué)生專碩13125810王鴻飛女學(xué)生專碩12115288曹珊珊女學(xué)生博士12121199閆達(dá)男學(xué)生學(xué)碩10231085孟楠女學(xué)生學(xué)碩11231193游小鋒男學(xué)生本科11231243劉飛男學(xué)生本科11231258張武盛男學(xué)生本科2023暑期社會(huì)實(shí)踐經(jīng)費(fèi)使用情況序號(hào)工程費(fèi)用1市外差旅費(fèi)8372市內(nèi)差旅費(fèi)16593住宿費(fèi)12944餐飲費(fèi)17085辦公用品3276儀器快遞費(fèi)165.5合計(jì)5990.5附錄〔體會(huì)、心得〕2023暑期社會(huì)實(shí)踐有感實(shí)踐團(tuán)成員陳謙社會(huì)實(shí)踐總是聽起來讓人興奮地一個(gè)詞，今年幸運(yùn)地參加了2104暑期社會(huì)實(shí)踐團(tuán)，對(duì)天津市在建的新型鋼網(wǎng)拱橋施工技術(shù)及海河沿線既有橋梁耐久性檢測加固關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究調(diào)查。剛到天津站，便奔赴本次社會(huì)實(shí)踐的第一站天津安陽河道橋的施工現(xiàn)場。驅(qū)車抵達(dá)天津?yàn)I海新區(qū)時(shí)已是中午時(shí)分，在工程施工方中建交通的工程師們的帶著下，社會(huì)實(shí)踐團(tuán)隊(duì)深入施工現(xiàn)場了解安陽橋的施工流程和進(jìn)度，并為我們?cè)敿?xì)介紹了安陽橋的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)特點(diǎn)以及在施工中面臨的難題。安陽橋主橋?yàn)闊o推力空間鋼網(wǎng)拱橋，主拱為雙軸對(duì)稱空間鋼網(wǎng)拱結(jié)構(gòu)，主梁主跨為主次梁梁格結(jié)構(gòu)，左右兩幅，橫梁間距8m，邊跨為整體正交異性鋼箱梁。安陽橋的設(shè)計(jì)方案中，主拱由14道獨(dú)立的小拱箱組成，小拱和拱間連接共同形成主拱，從而形成空間鋼網(wǎng)拱結(jié)構(gòu)。在橋面以下，由于其截面變小，為鋼拱箱結(jié)構(gòu)。拱箱和小拱的接觸段的構(gòu)造處理，空間位置復(fù)雜的小拱箱，吊裝過程中各個(gè)拼接截面不同等問題都造成巨大的施工困難。社會(huì)實(shí)踐的第二局部是對(duì)海河沿線的橋梁進(jìn)行調(diào)研，海河沿線橋梁橋型豐富，包括中承式全鋼結(jié)構(gòu)拱橋直沽橋，桁架拱橋國泰橋，單塔空間索面自錨式懸索橋富民橋，單塔無背鎖斜拉橋保定橋。海河沿線的橋梁不僅形式各異，建成年代也跨越近100年，有始建于1906年的金湯橋，建于1927年全鋼結(jié)構(gòu)可開啟的橋梁解放橋，也有于2023年建成的大沽橋。針對(duì)海河沿線各種具有代表性的橋型以及年代，社會(huì)實(shí)踐小組記錄各種橋型在運(yùn)營過程中出現(xiàn)的病害，例如混凝土橋梁出現(xiàn)的裂縫，纜索支撐橋梁出現(xiàn)的吊索不同程度的腐蝕等，以此來評(píng)估這些橋梁的耐久性，并提出可行的養(yǎng)護(hù)維修加固建議。本次社會(huì)實(shí)踐接觸到屹立在天津海河之濱的十多座橋梁，感受到100多年來橋梁技術(shù)的開展進(jìn)步和橋梁設(shè)計(jì)理念的革新，也目睹了橋梁在飽經(jīng)歲月洗禮后出現(xiàn)的各種病害。面對(duì)日益繁重的交通量，橋梁作為道路交通的心臟，承載著開展的重任，我們也肩負(fù)著承重的使命。天津社會(huì)實(shí)踐總結(jié)實(shí)踐團(tuán)成員張輝本次天津社會(huì)實(shí)踐的重要行程：沿海河流域調(diào)研已建橋梁情況和參觀調(diào)研安陽道跨海河大橋的施工建設(shè)。在沿海河流域調(diào)研已建橋梁情況的過程中，我們實(shí)地參觀了海河流域市區(qū)局部的局部橋梁。永樂橋：擁有世界唯一一座建在橋上的摩天輪；金湯橋：天津現(xiàn)存最早的大型鐵橋之一；大沽橋：獲得全球橋梁設(shè)計(jì)建造最高獎(jiǎng)；金剛橋：像彩虹一樣的橋梁；進(jìn)步橋：猶如一輛行駛中的火車；解放橋：一座可以開啟的橋梁，將機(jī)械設(shè)計(jì)和橋梁設(shè)計(jì)橋梁的結(jié)合在一起……正如天津所宣傳，海河上的橋梁可以說做到了一橋一景，每座橋梁都和周圍的環(huán)境融合在一塊，將橋梁美學(xué)運(yùn)用的恰到好處，值得我們這些后生去思考，去領(lǐng)悟。參觀學(xué)習(xí)安陽道跨海河大橋的施工建設(shè)。在現(xiàn)場工程師講解的過程中我們了解到：安陽道跨海河大橋位于天津?yàn)I海新區(qū)中心商務(wù)區(qū)，是天津?yàn)I海新區(qū)跨海河的第一座重型鋼結(jié)構(gòu)橋梁橋梁全長857米，主跨220米，總建筑面積近2萬平方米。其主橋采用輕巧獨(dú)特的鋼網(wǎng)組合拱結(jié)構(gòu)形式，造型新穎獨(dú)特，結(jié)構(gòu)受力非常復(fù)雜?，F(xiàn)場施工也是困難重重：如何順利完成不同厚度鋼板的焊接和如何使疊合拱在誤差范圍內(nèi)順利拼接。我們也深刻體會(huì)到利用建筑信息模型〔BuildingInformationModeling〕來進(jìn)行施工模擬和施工控制的重要性。另外一方面，作為設(shè)計(jì)方在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，在能實(shí)現(xiàn)既有橋梁美觀要求的前提下，也可以多考慮施工難度和施工本錢。也說明，一項(xiàng)工程的順利完成需要施工、設(shè)計(jì)等多方的溝通配合才能順利完成。通過交流學(xué)習(xí)，也更好了解到設(shè)計(jì)院、施工單位對(duì)畢業(yè)生的工作技能要求，如何將所學(xué)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中是我們?cè)谛W(xué)生所要去思考的。很感謝謝師兄們的熱情接待，讓我們有了這次受益頗多的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。暑期社會(huì)實(shí)踐感想實(shí)踐團(tuán)成員胡春這個(gè)暑假隨課題組去天津做了一次社會(huì)實(shí)踐，主要內(nèi)容有以下幾局部：一、考察天津海河沿岸已建橋梁的結(jié)構(gòu)以及維護(hù)情況，二、實(shí)地考察天津?yàn)I海新區(qū)在建橋新型鋼網(wǎng)拱橋的施工情況，并聽取工程負(fù)責(zé)人對(duì)工程進(jìn)展以及工程難題的講解。這次社會(huì)實(shí)踐，感受頗多，學(xué)到了很多東西。對(duì)自己的學(xué)科也有了更深入的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的橋梁的分類有了更明確的概念。天津海河上的橋梁都很有風(fēng)格，我們總共考察了有近二十座橋，每座橋都各有特色，沒有重復(fù)。海河上的橋的造型和結(jié)構(gòu)都不一樣，有連續(xù)梁橋，拱橋，斜拉橋，鋼桁架橋，以及混合結(jié)構(gòu)的橋梁。海河橋梁由于都比較追求造型，需要不停的觀察和思考，才能分清橋梁的受力情況和結(jié)構(gòu)類型。例如海河的赤峰橋，雖然是一座斜拉橋，但與常規(guī)獨(dú)塔斜拉橋不同，該橋?yàn)楠?dú)斜塔空間索面彎曲鋼箱梁橋面斜拉橋，它的特點(diǎn)就在于它傾斜的橋塔，橋塔傾斜方向并不與順橋向同向，而是橫橋向的，且向橋面傾斜。背向橋塔傾斜方向仍有三股拉索，經(jīng)過研究論證，正是這三股斜拉索，保證了該橋的穩(wěn)定性。我們社會(huì)實(shí)踐小組還一起到了天津?yàn)I海新區(qū)，考察新型鋼網(wǎng)拱橋天津安陽橋。由于安陽橋正在拱肋安裝中，我們有幸見到了施工關(guān)鍵技術(shù)中最難攻克的一關(guān)。工程負(fù)責(zé)人告訴我們，該橋設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留的平安系數(shù)略高于標(biāo)準(zhǔn)要求，施工時(shí)必須保證各個(gè)關(guān)鍵細(xì)節(jié)才能到達(dá)設(shè)計(jì)要求，這對(duì)現(xiàn)在的施工是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。暑期社會(huì)實(shí)踐實(shí)習(xí)感悟?qū)嵺`團(tuán)成員張武盛今年暑假，為了使這個(gè)假期過得更加充實(shí)，覺得利用這次時(shí)機(jī)參加一項(xiàng)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，而最后我有幸跟隨雷老師團(tuán)隊(duì)的從師兄師姐一起參加了此次的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)習(xí)內(nèi)容是新型鋼網(wǎng)拱橋施工及沿海既有橋梁耐久性檢測加固關(guān)鍵技術(shù)研究，地點(diǎn)是天津海河沿岸，調(diào)研對(duì)象是沿河上的各種外形結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)的鋼橋。今年7月下旬，所有參加實(shí)踐活動(dòng)的同學(xué)都集合前往本次的實(shí)習(xí)地點(diǎn)：天津。在接下來的幾天實(shí)踐中，我們沿著海河從頭走到了尾，將一路上所見到的各式各樣的橋梁都進(jìn)行了細(xì)致認(rèn)真的考察和研究，重點(diǎn)針對(duì)的是各橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及已經(jīng)出現(xiàn)或可能將會(huì)出現(xiàn)的病害，以及對(duì)這些病害的預(yù)防和修復(fù)加固措施的討論研究。在整個(gè)過程中，除了有帶隊(duì)師兄的全程指導(dǎo)和介紹，同學(xué)之前積極熱烈的討論和交流外，還有幸請(qǐng)到幾位與相關(guān)工程有關(guān)的工程師給我進(jìn)行更加細(xì)致專業(yè)的講解，同時(shí)還從與各位專業(yè)人員的交流中獲得了很多對(duì)我們將來的學(xué)習(xí)和工作大有裨益的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。這次的實(shí)踐活動(dòng)絕大局部時(shí)間都在戶外走動(dòng)，同時(shí)還伴有炎熱的天氣，其帶來的對(duì)