桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念

2006年7月南 宁白沙大桥运营 11年后更换全桥 88根拉索
2000年10月犍为岷 江大桥运营10年后更 换全桥384根拉索
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1995年建成 的广州海印大 桥运营6年后更 换186根拉索
2007年全国桥梁学术会议
桥梁其它病害
杭州清泰门桥碱骨料反应 墩台基础沉陷
斜拉索锚头锈蚀
吊杆钢丝锈蚀
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
吊杆两端锚头锈蚀、积水
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斜拉桥换索频频
2005年9月嘉陵江石门大桥 运营16年后更换36根斜拉索
1995年9月济南黄河大桥 运营13年后更换全桥88根斜 拉索
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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2007年全国桥梁学术会议
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 9 2007年全国桥梁学术会议
美国密西西比河桥
• 美国20多年来最严重的桥梁坍塌事件 • 建于1967年，2007年8月1日坍塌 • 150米长桥面，断成三节 • 至少有50辆汽车落入水中 •使用了40年
• • • • •
后期养护管理不及时 存在结构设计缺陷 交通压力大 金属结构老化生锈 关键螺栓丢失
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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2007年全国桥梁学术会议
中国桥梁的国际定位： 是桥梁强国？ 是桥梁大国？ 是桥梁大国向桥梁强国迈进！ 为什么不能说是桥梁强国？差在哪里？ 桥梁跨径只是重要的标志性参数之一； 桥梁的体系创新还不够； 建成的桥梁能否经住时间的考验；
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 8 2007年全国桥梁学术会议
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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世界大跨径斜拉桥排名
排名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 苏通大桥（中国） 香港昂船洲大桥（中国） 湖北鄂东长江大桥（中国） 多多罗桥（日本） 诺曼底桥（法国） 南京长江三桥（中国） 南京长江二桥（中国） 武汉白沙洲长江大桥（中国） 福州青州闽江大桥（中国） 上海杨浦大桥（中国） 主跨(m) 1088 1018 926 890 856 648 628 618 605 602 建成年份 在建 在建 在建 1999 1995 2005 2001 2000 2000 1993
•连续7年的观测表明，主跨跨中挠度因 混凝土收缩、徐变等因素而逐年增长， 而且尚未停止。 •2003年11月测量数据表明，与成桥时相 比，左幅桥跨中累计下挠已达到22.2cm， 右幅桥跨中累计下挠也达到20.7cm
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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材料腐蚀严重
斜拉索钢丝锈蚀
• 百吨超载车快速通过该桥西半幅 导致桥梁振动加剧、 桥肋发生明显晃动、 桥梁由北向南发生坍塌
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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江苏省吴江市某桥
•2005年4月7日，桥梁坍塌 •桥面上的行人和农用拖拉机 均掉入河中 •仅使用20年
• 建于上世纪80年代中期， • 使用15年后已属于危桥， 车辆仍通行于危桥上
• 桥梁漂浮体系缩短吊杆的使用寿命 • 现场的制作吊索技术落后，吊杆及锚 固系统的耐久性不足 • 汽车超载、超流量对该桥产生不利影响 • 吊杆内钢绞线锈蚀使承载能力降低
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 12 2007年全国桥梁学术会议
江苏常州运河大桥
•1997年建成通车，下承式系杆拱桥 • 主桥跨度52.8m，宽2×10.2m 为上下行分离式桥梁 •2007年5月13日大桥西半幅桥梁坍塌 •仅使用了11年
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湖北省钟祥汉江大桥
•1993年11月18日建成通车，耗资 5400多万元，桥长1500多米 •2001年，发现桥体有多处裂缝 •2004年经检测，定为“危桥”， 大桥全面封桥 •2005年9月，大桥全面拆除
2005年12月施工人员 正在拆除大桥 仅使用用11年
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 28 2007年全国桥梁学术会议
是涵盖桥梁结构规划、设计、施工建造和养护 管理、维修加固及拆除等整个结构使用寿命期的， 基于安全性、适用性、经济性、耐久性等总体结构 性能的桥梁设计理论与方法。 是从桥梁结构规划、设计、建设、运营、管理 和养护及拆除各个环节来寻求恰当的方法和措施来 满足桥梁结构全生命周期内的总体性能最优（例如 结构功能性、经济性、环境生态等）的设计理念和 方法。
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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2007年全国桥梁学术会议
桥梁的数量我们走在前列； 截至2005年底，我国已建成的桥梁达到33.7 万座，即1475万延米； 桥梁的跨径我们走在前列； 许多桥型的跨径我国排在第一； 建成了一批具有国际水平的桥梁； 例如卢浦桥、万县长江大桥、润扬桥、南京 三桥、东海大桥和重庆石板坡桥等等。
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 3 2007年全国桥梁学术会议
世界大跨径悬索桥排名
排名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 明石海峡大桥（日本） 舟山西堠门大桥（中国） 大带桥（丹麦） 润扬长江大桥（中国） 亨伯桥（英国） 江阴长江大桥（中国） 香港青马大桥（中国） 费雷泽诺桥（美国） 金门大桥（美国） 武汉阳逻长江公路大桥（中国） 1280 主跨(m) 1991 1650 1624 1490 1410 1385 1377 1298.5 建成年份 1998 在建 1998 2005 1981 1999 1997 1964 1937 在建
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 22 2007年全国桥梁学术会议

结构设计方法先天不足 施工工艺、质量不过关 运营期养护管理不重视 结构耐久性问题未解决 桥梁经济性考虑不全面
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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传统设计流程
预可研 工可研 初步设计 施工图设计 施工建造 竣工验收
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 15 2007年全国桥梁学术会议
黄石长江公路大桥
•1996年12月建成通车 •是一座预应力混凝土连 续刚构桥 •大桥全长2580.08m，其 中主桥长1060m，主跨长 245m •曾经是我们的骄傲
•该桥严格按“汽车20级、挂车100级”控制车辆荷载。 •通车运营3年后，跨中仍然持续下挠，运营7年后，各跨跨中均有明 显下 挠，仅运营7年就进行大修
பைடு நூலகம்
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世界大跨径梁桥排名
排名 1 2 3 4 Asuncion桥（巴拉圭） 6 云南元江大桥（中国） 门道大桥（澳大利亚） 7 瓦洛得大桥（挪威） 福建宁德下白石大桥（中国） 10 泸州长江二桥（中国） 258 260 265 名称 重庆石板坡长江大桥复线桥（中国） 斯道马大桥（挪威） 拉夫森德大桥（挪威） 虎门大桥辅航道桥（中国） 270 1979 2003 1985 1994 2003 2000 主跨(m) 330 302 298 建成年份 2007 1998 1998 1997
桥梁结构的耐久性与 全寿命设计理念
东南大学 交通学院 桥梁工程系 黄 侨 2007年11月6日，广州
自上世纪八十年代中期以来，我国开始 了大规模的交通基础设施建设，完成了数万 亿的建设投资，目前已建成了近五万公里的 高速公路、十几万公里的高等级公路、三十 多万座各种类型的桥梁。应该说我们取得的 成就是伟大的，也是举世瞩目的。
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 27 2007年全国桥梁学术会议
耐久性材料选择：确定桥位环境等级后，可以有针 对性的选择相应的桥梁结构材料。例如防冻混凝土、 耐腐蚀混凝土、高性能混凝土、环氧涂层钢筋、耐候 钢、涂层或涂料等。 耐久性构造细节设计：在设计阶段做好结构细部设 计可以有效的避免或抑制后期可能发生病害。例如合 适的混凝土护层厚度可以在设计使用期内避免内部钢 筋的锈蚀；有效合理的伸缩缝、排水管道、通气孔等 附属设施设计可以保证结构良好的使用状况。适当的 细部构造设计可为桥梁未来的可检性、可换性和可加 固性奠定基础。
墩台裂缝严重
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 21 2007年全国桥梁学术会议
美国土木工程学会在2001年：美国在未来的5年内
需要花费1.3万亿美元来解决目前基础设施中存在的缺 陷，就桥梁而言，29%的桥梁被界定为具有功能性缺 陷，将需要在未来的10年中每年耗费106亿美元来逐渐 解决这一问题。 我国自2001年以来，仅交通部系统在6年内就对1万 余座桥梁进行了加固或改造。截至2004年底，全国又 普查出危桥13303座，长达46.9万延米。目前的危桥数 量预计要远大于这个数字，而且是与时俱进的。 这些危桥的存在，无疑就像我们的路网中埋设的不 定时炸弹，时刻威胁着路网的安全。
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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2007年全国桥梁学术会议
世界大跨径拱桥排名
排名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 重庆朝天门长江大桥（中国） 上海卢浦大桥（中国） 西弗吉尼亚大桥 （美国） 贝尔桥 （美国） 悉尼港桥 （澳大利亚） 巫山长江大桥（中国） 广州新光大桥（中国） 万州长江公路大桥 （中国） 重庆菜园坝长江桥（中国） 克尔克大桥 （克罗地亚） 420 390 主跨(m) 552 550 518 504 503 460 428 建成年份 在建 2003 1976 1931 1932 2005 在建 1997 在建 1979
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 26 2007年全国桥梁学术会议
桥梁使用环境调查：调查内容主要包括拟建桥址处大气 历史温度和冻融循环交替的情况；桥位处地质条件（地下 水位，土质及水质化学成份和含量）或水文、河流冲刷、 情况等； 桥位大气环境调查：大气环境对桥梁的耐久性有很重要 的影响，是影响耐久性设计的重要因素。调查内容主要包 括桥位处空气相对湿度情况，侵蚀性气体（二氧化硫、酸 雨、二氧化碳）的成份含量，以及大气中的氯离子含量。 桥位环境等级评价：桥位环境等级的不同决定了不同的 耐久性设计内容。根据环境状况类型的不同，预计会发生 不同类型的侵蚀作用。对于特定的桥梁部位，可以确定可 能发生的环境耐久性问题的类型及严重程度。
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 16 2007年全国桥梁学术会议
东莞虎门大桥
•1997年建成通车,总投资28亿元 •虎门桥的建成也曾是我们的骄傲 •辅航道桥270米连续刚构的主跨跨中 下挠过大、箱梁梁体产生裂缝。 •跨中下挠会进一步加剧箱梁底板开 裂， •而箱梁梁体裂缝增多使结构刚度降 低，进一步加剧了跨中下挠，这两 者互相影响形成了恶性循环
全寿命设计流程
预可研 工可研 初步设计 施工图设计 施工建造 竣工验收 养护管理 维修加固 寿命及 经济性 拆除及 再利用
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
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2007年全国桥梁学术会议
传统设计原则
安全性 适用性 经济性 美观
全寿命设计原则
安全性 适用性 耐久性 时间
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 25 2007年全国桥梁学术会议
10 2007年全国桥梁学术会议
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念
四川宜宾小南门桥
•中承式钢筋混 凝土肋拱桥 •主跨240m 桥宽19.5m •1990年建成 •当时国内跨径 最大的钢筋混 凝土拱桥
桥梁结构的耐久性与全寿命设计理念 11 2007年全国桥梁学术会议
•2001年11月7日坍塌，仅用11年 •主桥中部北端2#截面吊杆断裂 北端有两孔桥面板垮塌 长度2×10.14 m •主桥中部南端3个截面吊杆断裂 四孔桥面板垮塌 长度为4×10.14 m
我们的设计、施工质量是否做到了无懈可击？ 我们桥梁的养护、管理是否到位？ 我们的桥梁有没有维修计划和加固预案？ 我们桥梁的使用寿命是多少？ 桥梁工程的耐久性如何？ 这当然也是国际性的问题，只是出现的时代 不同 桥梁工程的设计理念和方法是否完善？ 这个问题也需要有认识过程 我们再来看看桥梁建设中还有哪些遗憾？
经济性
美观
桥梁的耐久性设计：指设计中为抵抗环境因素的 作用、提高桥梁设计寿命而增加的一系列技术要求。 例如材料的耐久性要求，结构的耐久性构造，桥梁 附件的可更换性及桥梁施工的质量要求。 桥梁的全寿命设计：指设计中对桥梁的施工、成 桥阶段及长期运营阶段进行结构的力学行为、经济 性分析，并预测分析出桥梁设计使用期，包括桥梁 设计使用期的桥梁加固维修的成本、技术方案以及 桥梁拆除的预案。