桥梁科普展

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桥梁管理、养护、维修
来源:未知 时间:2015-09-08 09:05 点击:

    桥如人,桥也有使用寿命,有设计承载能力,在长期运营过程中也会出现病害。所以,相关规范要求,桥梁需要专门机构来精心管理,定期进行各项检测、技术状况评定或安全评估,发现病害要及时处治。桥梁作为公共建筑,有必要让大家知晓一些基本知识,以便市民理解支持桥梁管理养护工作,并自觉爱桥护桥。

一、桥梁基本常识:

桥梁的组成:

       桥梁由上部结构和下部结构组成。

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桥梁组成

       桥梁上部结构:由跨越结构(梁、拱、索等)和桥面系组成,其中,桥面系包括:行车道铺装(也称桥面铺装)、人行道、栏杆(或防撞栏杆)、排水防水系统、伸缩缝及照明设施。设置于城市桥梁上,用于桥梁夜间照明。

       桥梁下部结构:包括桥墩、桥台、基础及支座系统。

桥梁的分类:

       1.按用途不同,桥梁分为公路桥梁、城市桥梁、铁路桥梁、城市轨道交通桥梁、公铁(轨)两用桥梁、农用桥梁、人行桥梁、渡槽桥梁等。

       2.按照桥梁全长和跨径不同,分为特大桥、大桥、中桥、小桥:

桥梁按全长和跨径分类

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       3.根据桥梁主要承重结构所用材料的不同,桥梁分为圬工桥梁(包括砖、石、混凝土)、木桥、钢筋混凝土桥梁、预应力混凝土桥梁、钢桥等。

       4.按照跨越障碍的性质分类,桥梁包括跨河桥、跨线桥、立交桥、高架桥和栈桥等。

       5.根据桥梁结构受力体系不同,桥梁分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索四种基本桥型由四种基本桥型组合而成的合体系桥。


梁式桥:

       梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于梁式桥主要承受竖向作用(恒载和活载等),故以受弯为主,需要抗弯能力强的材料(如钢筋混凝土、预应力混凝土、钢等)来建造。

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拱式桥

       拱式桥的主要承重结构是拱圈。在竖向作用(恒载和活载等)下,拱的两端支承处(拱脚处)除有竖向反力、弯矩(无铰拱)外,还有水平推力,正是该水平推力的存在,显著降低了竖向作用所引起的拱圈弯矩。因此,拱内以受压为主,相对于同等跨径梁桥,拱内弯矩要小得多,所以,抗压能力强但抗拉能力弱的圬工材料(如砖、石、混凝土)和钢筋混凝土来可用于建造拱圈。

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斜拉桥:

       斜拉桥又称斜张桥,由斜索、桥塔和主梁组成,斜拉桥利用高强钢材制成的多根斜索将主梁托起,主梁的恒载和其他作用通过斜拉索传至桥塔,再通过桥塔基础传至地基,由此,主梁犹如一根多点弹性支承的连续梁一样工作,结构自重轻,既节省了结构材料,又大幅度增大了桥梁的跨越能力。

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悬索桥:

       悬索桥又称吊桥,是最古老的桥梁形式之一,通常由索塔、锚碇、主缆、吊杆及加劲梁组成。传统的悬索桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构,加劲梁自重及其他作用通过吊杆使缆索承受拉力,因此,悬索桥也是具有水平反力(拉力)的结构,需要在两岸桥台后方设置巨大的锚碇结构。现代悬索桥广泛采用高强度钢丝编制的主缆,借助钢材优异的抗拉性能,跨越其他桥型无与伦比的特大跨度。


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组合体系桥:

       根据结构的受力特点,由上述不同体系组合而成的桥梁称为组合体系桥。如梁拱组合桥、斜拉桥与刚构组合桥、斜拉桥与悬索桥组合桥(吊拉组合桥)等。

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桥梁设计荷载

       桥梁的主要功能交通,桥梁结构必须具有承受车辆、人群或其他荷载的能力。不同功能的桥梁必须根据相应的荷载要求进行设计,即桥梁使用活荷载不得超过设计采用的荷载标准。根据现行标准,除了结构自重等荷载外,其活荷载包括:

       公路桥梁:公路I(高速公路、独立大桥);公路-II

       铁路桥梁:中-荷载200km/h以下);ZK-荷载200km/h以上)

       城市轨道桥梁:A型车6辆编组,A型车8辆编组;B型车6辆编组,B型车8辆编组

       城市桥梁:城-A级;-B

       人行桥梁:根据人行桥、公路桥梁、城市桥梁,按照相应规范确定


二、桥梁科普知识

1.桥梁为什么会振动?

        当行人、车辆过桥时会感觉到桥梁的振动,这其实是桥梁结构受力变形的正常反应。

        任何物体在受到外界干扰时都会发生位移和变形,而桥梁这种大型结构物,本身由于桥墩、支座等位置的约束,在受到外界干扰后,会产生反向的作用,通过这两种作用的相互持续进行,桥梁便会“翩翩起舞”。

        桥梁的振动可分为两部分,一是桥梁自身的振动,是因为桥梁这种跨度结构,在大地脉动的作用下,会按照一定的频率自由振动,称为桥梁自振;二是外部荷载的干扰,例如汽车行驶在桥面上、风荷载、共振作用、船舶等的撞击乃至地震作用等,都会激励桥梁的振动更加明显,称为外部激振;而当人们通过桥梁时,并不是所有的桥梁和所有的时间都能感觉到桥梁的振动,这是因为桥梁的振幅不同,当桥梁振幅达到了人类能感知的程度,人们才会感觉到,而不同的桥梁振幅大小是不一样的,与桥梁结构的自身刚度有关,而桥梁自身的刚度又与桥梁的跨径、结构形式、所采用的材料、甚至施工质量都存在着关系,一般说来,跨径与刚度成反比,跨径越大,刚度越小;材料与刚度成正比,材料越重,刚度越大。

        为什么不能把所有的桥梁振幅都控制在人们能接受的范围内,是因为桥梁刚度越大,造价越高,所以在能够保证结构安全的前提下,应该尽量选择造价低的方案。

2.桥梁为什么需要限载限速?

按照规范,每座桥梁都有对应的设计承载能力和行车速度限制。但在现实生活中,超载超速的现象时有发生,且一旦出现超载的情况,对桥梁的承载能力具有相当严重的影响,严重时出现桥梁结构安全事故,甚至会导致桥梁垮塌。由于桥梁在行车荷载作用下会产生振动,一旦汽车的振动频率接近于桥梁的自振频率,桥梁就会发生共振现象,危及桥梁结构的安全,超速会使得共振的几率大大增加。因此车辆在通过桥梁时,必须要对其进行限载限速,以确保桥梁结构的安全

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限载限速


3.桥梁为什么会生病?

        桥梁作为一个承载结构物,有着其自身的使用寿命,在使用过程中也会出现各种病害,就如同人会生病一样。人会因为饮食、作息、衰老以及外部伤害等原因而生病。一座刚刚建成的桥梁就如同一个刚刚出生的婴儿一样,自身质量是合格的,但随着时间的推移,其材料不断老化,加上超载超速、外物撞击、自然灾害等原因,都会造成桥梁结构“生病”,所以需要经常对其进行检查,一旦发现病害,就需要及时地进行“医治”,以保证桥梁结构的健康安全。

4.桥梁管理养护的主要工作有哪些?

        桥梁管理养护工作概括起来主要有两方面内容:一是通过各种形式的检查,适时撑握桥梁工作状态和技术状况等级;二是通过日常养护和维修加固,保持桥梁正常工作状态。

1)桥梁检查

        桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。

(1)经常检查

        经常检查应对桥梁的结构变异、桥面系、限载标志、交通标志及其他附属设施等状况进行日常巡检。对桥梁安全保护区进行巡检。等养护的城市桥梁巡检周期不应超过1天,Ⅱ等养护的城市桥梁巡检周期宜为2~3天,Ⅲ等养护的城市桥梁巡检周期可定为5~7天之内。

(2)定期检查

        定期检查分为常规定期检查和结构定期检查。城市桥梁常规定期检查应每年一次,可根据城市桥梁实际运行状况和结构类型、周边环境等适当增加检测次数。公路新建桥梁交付使用后第一年进行全面检查,定期检查周期不超过三年。

        ①常规定期检查

        常规定期检查以目测为主,并配以必要的量测仪器,现场校核城市桥梁的基本数据,记录各部件缺损状况,判断损坏原因,估计维修范围及部位和方案,对重大病害提出、作特殊检查、限载以至暂时限制交通的建议。

②监控测试

        对特大桥及大桥设立永久性观测点,定期进行变形观测,及时掌握桥梁工作状态和异常变形。新建桥梁交付使用前,应时行竣工测量,桥梁主体结

构维修、加固或改善前后,必须进行监控测量,以保持观测资料的连续性。

        ③结构定期检查

        结构定期检查应根据常规定期检查中桥梁状况评定结果,对进行结构构件的检测;通过材料取样试验确认材料特性、退化的程度和退化的性质;分析确定退化的原因,以及对结构性能和耐久性的影响;对可能影响结构正常工作的构件,评价其在下一次检查之前的退化情况;

        必要时进行荷载试验和分析评估;通过综合检查评定,确定具有潜在退化可能的桥梁构件,提出相应的养护措施。

(3)特殊检查

        特殊检查是由专业人员采用专门技术手段,并辅以现场和实验室测试等特殊手段进行详细检测和分析。

        当桥梁在下列情况下应进行特殊检查:

        ①城市桥梁遭受洪水冲刷、撞击等特殊灾害造成结构损伤。

        ②城市桥梁常规定期检查中难以判明是否安全的桥梁。

        ③为提高或达到设计承载等级而需要进行修复加固、改建、扩建的城市桥梁。

        ④超过设计年限,需延长使用的城市桥梁。

        ⑤常规定期检查中桥梁技术状况I类养护的城市桥梁被评定为四、五类的桥梁,II~V类养护的城市桥梁被评定为D级或E级的桥梁。

2)桥梁维修加固

(1)桥梁日常保养的内容:

        主要是清除桥面污泥、碎石、杂物、积水,保持桥面清洁;保持排水系统工作正常;清洁养护伸缩缝;清洁栏杆、防撞板,对局部破损处进行涂装修补。

(2)桥梁小修的内容:

        局部修理、更换破损栏杆;修理泄水孔、伸缩缝、支座和桥面的局部轻微损坏;修补墩、台及河床铺底和防护圬工的细小损坏;桥面铺装的局部修补。

(3)桥梁中修的内容:

        修理或更换中、小桥梁支座、伸缩缝及个别构件;大 、中型钢桥的全面防腐涂装和各部构件的检修;桥梁混凝土结构裂缝封闭及补强;永久性桥墩、桥台侧墙及桥面的修理和小桥桥面的加宽;桥梁河床铺底或调治构造物的修复和加固。

(4)桥梁大修的内容:

        在原技术等级内的大、中型桥梁加固;小型桥梁和技术性简单的中桥的改造增建;较大的河床铺底和永久性调治构造物的增改建;悬索桥、斜拉桥的维修与部分拉索、吊索的调整更换;大桥桥面铺装的更换;大桥支座、伸缩缝的维修、更换。

5.为什么要在桥梁上进行交通管制?

        市民经常发现某桥要进行交通管制,造成交通拥堵甚至需要绕道行驶,给出行带来不便。根据相关规范要求,以下情况必须在桥梁上进行交通管制:

        1)在桥梁变形观测、特殊检查中的荷载试验等检测作业中,为保证测试数据质量,规范要求必须在封闭交通的状况下进行;

        2)部分桥梁检查工作,必须使用桥检车,桥检车会占用桥面行车道;

        3)对桥梁病害进行维修加固施工时,为了保证施工区域内的正常作业及车辆、行人的安全,保证维修加固工程质量,也必须在桥梁上进行相应的交通管制甚至需要封闭交通管制。

        4)特殊情况下的桥梁检查、维修作业。

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占道交通管制                           封闭交通管制


6.为什么要进行桥梁变形观测?

我们经常会从报纸或电视中看到这样的消息:“经市公安局交通管理局、市市政委批准,XX大桥下周一、周二凌晨将封桥进行变形观测。作业期间,大桥将实行双向交通管制,请过往车辆改道行驶”。交通管制影响我们正常出行,为什么还要每年定期进行桥梁变形观测呢?

变形观测是通过仪器测量检查桥梁结构的变形情况,以准确撑握桥梁工作状态,及时发现桥梁异常变形。它是确保桥梁使用安全的重要手段。

桥梁结构变形的原因及形式是多样的,比如温度升、降会引起梁体伸长或缩短;桥面有车行驶或无车行驶时,梁体的中部会产生下挠或上拱;超载车行驶可能引起梁体过大变形甚至混凝土开裂;梁体跨中会因徐变等原因呈现持续下挠;桥梁墩、台会因土压力不平衡引起倾斜;地基软弱会引起墩台不均匀沉降等。

桥梁结构的上述变形,有的是正常使用条件下的弹性变形,反映出结构处于良好的弹性工作状态;有的是异常变形,反映结构可能存在病害,此时必须及时采取措施整治,否则将影响桥梁使用安全。

为了准确比较桥梁结构的变形量和变形趋势,相关规范规定需在温度、荷载等相同条件下进行测量,一般做法是在每年夏季和冬季某天夜间进行,尽量使温度相差不大。同时选择中断交通,让桥梁处于空载状态。


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挠度变形观测                变形观测用全站仪              变形观测桩和仪器


7桥梁结构混凝土为什么会开裂?

        我们经常会看到桥梁结构混凝土表面出现裂纹,这些裂纹正常吗?会不会影响桥梁正常使用?

        混凝土是一种非匀质材料,脆性较大,具有较高的弹性模量、抗压强度和较低的抗拉强度,而桥梁是受弯结构,在受到自重和桥面行车荷载的作用下,会向下产生弯曲,则在桥梁的顶部混凝土处于受压状态,而在桥梁底部则处于受拉状态,由于其抗拉强度只有抗压强度的1/10~1/20,因此在达到一定的荷载之后,桥梁底部的混凝土就会出现受力裂缝。

        在桥梁结构混凝土的施工和运营过程中,也会由于以下客观原因产生温度裂缝:

        (1)温度变化大,在混凝土内部产生拉应力,产生温度胀缩裂缝;

        (2)湿度不匀引起表面干燥收缩,开成裂缝;

        (3)混凝土表面塑性收缩引起裂缝;

        规范规定,混凝土材料允许带裂缝工作,但是裂缝宽度不能超过规范规定的限值。所以,桥梁结构混凝土表面出现的温度裂缝和未超规范限制的受力裂缝是正常的,对桥梁的承载能力没有影响。但是这些裂缝会影响其耐久性,缩短桥梁结构的使用寿命,所以需要对裂缝进行封闭或者灌注的处治。

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混凝土裂缝

8桥梁混凝土表面象“皮带”的东西是什么?

        当我们从桥下经过时,常会看见桥梁结构混凝土表面有一条条象 “皮带”一样的东西“拴”在桥跨结构的“肚子”上。为什么要拴上这些条带?拴了条带的桥梁是否就不安全了呢?

        大家都知道,重车在桥上行驶时,桥梁中间会向下挠,就象我们抬东西时扁担会下弯一样,但因桥板下缘布置有足够的受拉钢筋,因此桥梁下挠量是很小的,由于混凝土抵抗拉力的能力远远小于钢筋,因此钢筋外的混凝土往往会出现一些裂缝,这些裂缝的存在,会让钢筋直接暴露在空气中,空气中的酸性物质会引起钢筋锈蚀,从而减少桥梁的使用寿命。

        为了不让空气通过裂缝接触钢筋,常使用环氧砂浆对裂缝进行封闭,这就形成了一道道“皮带”。显然,这些条带是不因为桥梁不安全了才拴上的,而是对桥梁正常工作中出现的裂缝进行封闭,以延长桥梁的使用寿命。

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涪江二桥箱梁顶板横向裂缝封闭      涪陵渝巴路高朝门大桥纵向裂缝


9桥梁混凝土表面粘贴的像“布”的东西是什么?

       桥梁混凝土表面常见一些布状物粘贴其上,当然这些不是普通的“布”,而是钢板、碳纤维板、碳纤维布等高强材料,粘贴上去是为了对结构进行加固或补强。

        碳纤维布自重轻,不增加结构荷载;强度高,能灵活地用于抗弯拉加固;柔韧性好,不受结构外形限制;耐久性佳,抗腐蚀和气候变化能力强。

        碳纤维板是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型的复合板材,为碳纤维加固补强单向板材,具有拉伸强度高、耐腐蚀性等良好性能,适用于混凝土梁、桥板加固补强。

        碳纤维布和碳纤维板的加固机理为:将布材或板材用环氧树脂粘结剂沿结构受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上,形成一个新的复合体,使布材或板材与原有钢筋混凝土共同受力,提高结构的抗拉强度、抗裂性和耐久性

        粘贴钢板加固法是利用建筑结构胶粘结力强、抗剪、抗拉强度大和钢板的抗拉强度高等特点,通过后粘钢板和原构件的共同受力,改善结构受力状态,提高结构承载力。 粘贴钢板、碳纤维板、碳纤维布所用的胶黏剂,具有抗拉强度高和混凝土黏结良好的特点,如果要把粘贴合格的碳纤维复合材料、钢板等从结构混凝土表面拉下来,其结果是混凝土被拉破而粘结面也不会损坏。因此,粘贴在混凝土表面的像布一样的东西是不会掉下来的。


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绕城高速某桥粘贴的碳纤维布     成渝高速某桥粘贴预应力碳纤维板


10桥梁混凝土表面的疤痕是什么?

        桥梁混凝土表面看起来像“疤痕”一样的东西是对混凝土局部缺限进行了修补。由于桥梁工作环境复杂,容易受温湿度变化、大气中的有害物质侵蚀以及受突发事故撞击、振动等影响,导致混凝土构件表层混凝土产生局部破损,除了影响观感外,还会使钢筋保护层变薄甚至钢筋外露,为避免钢筋锈蚀,需对局部受损的混凝土进行修补。

        混凝土缺陷修补后,外观是规则的几何图形,这就是经常见到的桥上的“疤痕”,其实这些疤痕处混凝土的强度,比桥梁正常混凝土强度还要高出一个等级。因此不必担心桥梁的安全。同时它们和原结构混凝土粘贴非常牢固,也不必担心会掉落。


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混凝土缺陷修补


三、市民应该如何爱桥护桥?

1、悬索桥、斜拉桥主缆及吊杆的PE防护套,起着密封作用,保护其内部钢丝不会锈蚀,不能人为的去划伤、割破等;

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吊杆PE防护套被刮伤


2、钢桥、混凝土桥的钢构件,防护漆起着防止锈蚀的作用,不能人为的刮伤;

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钢构件防护漆被刮伤后锈蚀


3、桥下不能堆积树枝、桔梗等易燃物,易引发火灾,对混凝土造成损伤;

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渝黔路某桥火灾后墩柱损伤     渝黔路某桥火灾后墩柱损伤


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渝丰路某桥下堆放的树枝      夏成线某桥下堆放的树枝


4、车辆不超高超宽载物,超限载物容易擦刮甚至撞坏桥梁;

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鹅公岩大桥北引桥受超高车辆撞击受损


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成渝高速某天桥被超高车辆撞击           渝遂路某天桥受超高车辆擦刮


5、爱护桥梁,给其足够安全空间 

        城市跨江河桥梁安全保护区为以桥轴线为中线,上下游一般不小于50m的范围内;

        城市道路上的跨线桥、高架桥、立交桥及人行桥的安全保护区以桥轴线为中线,两侧各30m范围内。

        城市跨江河桥梁的安全保护区內不得进行挖沙、采石、取土、爆破、堆放物资、倾倒废弃物和从事建筑活动。不得随意停靠船笩,不得修建影响桥梁安全的水工建筑物。

6、不在桥下倾倒弃土或垃圾,因为不均衡的土压力易引起墩柱倾斜。

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奉巫路阿坑子大桥墩柱因弃土倾斜开裂

7、爱护桥梁设施

        (1在重要桥梁的桥头附近常见到一些不锈钢做的标记点,这些是监测桥梁变形是否正常的控制点和变形点,定期对期测量,可以发现桥梁变形规律,对桥梁的不安全状态提前做出预警,是我们安全使用桥梁的基本保障。但这些点是很容易被损坏的,因此,我们要细心呵护他们,见到这样的标志点,不要去扰动,我们应“爱他就离他远一点”。

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平面控制点

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高程控制点

2桥面泄水孔水篦子,不仅能防止泄水孔堵塞,还能防止车上遗洒物通过泄水孔坠落桥下伤及行人。

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桥面泄水孔水篦子

3人行道护栏防止行人坠落,防撞栏杆保护行人免受失控车辆伤害。钢护栏接触空气易锈蚀,我们应爱护防腐涂层,不要人为刮伤。

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桥面人行道护栏及钢护栏


四、大桥日常管养工作

 

钢拱圈外观检查                                    吊杆锚头检查


 

高强螺栓检查                                 高强螺栓检修


 

主梁外观检查                                   钢桁架内部养护


 

钢桁架内部检查                                混凝土裂缝检查


 

伸缩缝缝宽检查                                伸缩缝构件检查


 

高强螺栓安装                               主缆维护保养


 

钢结构防腐底漆喷涂                            沥青混凝土摊铺


 

沥青混凝土摊铺                                      桥梁检测车


 

桥梁变形观测                                     桥梁永久观测点

 

五、桥梁维修加固工作

 

裂缝封闭                                     裂缝灌注


  

混凝土破损修补                                腹板粘贴钢板


 

底板粘贴钢板                                 底板粘贴碳纤维布


 

墩柱粘贴碳纤维布                              预应力碳纤维板安装


 

伸缩缝更换                                  伸缩缝止水带更换


支座更换



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