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第105期 公路桥梁设计规范体系与安全耐久共性问题

2020-11-4 17:02
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【52监测网】第105期 公路桥梁设计规范体系与安全耐久共性问题


52监测网专家报告分享-第105期

《公路桥梁设计规范体系与安全耐久共性问题》
赵君黎 中交公路规划设计院有限公司

目录

一、前言
二、规范新体系
三、桥梁新形势
四、行业新要求
五、结语

内容介绍

一、前言

桥梁建设成就

改革开放后,经济发展给桥梁工程带来了前所未有的机遇


随着我国经济的快速发展,在 “东部率先、中部崛起、西部大开发 ”的战略指引下,我国桥梁建设规模不断增长。截止2018年底,已建公路桥梁85.15万座、 5.7万公里,比上年增加 1.90 万座、 342.97万米,建成了一批世界级有重大影响的桥梁工程。

◇ 在世界排名前10位的各类型桥梁中,我国均占据了半壁江山

世界排名前10位的斜拉桥(中国7座)

世界排名前10位的悬索桥(中国6座)

世界排名前10位的拱桥(中国6座)

世界排名前10位的桥梁(中国5座)

世界排名前10位的跨海大桥(中国5座,主桥、上部结构钢结构多)

◇ 已建公路桥梁特点:桥梁多、混凝土构件多


钢混桥梁、钢桥、组合结构竞争激烈
◎ 大中小桥总长占比86%,基本为钢筋混凝土结构
◎ 桥梁总占比87.36%,基本为钢筋混凝土结构

◇ 我国公路桥梁规模庞大,钢混结构桥梁占比大,钢桥占比很少


◎ 已建公路桥梁77.92万座,总长4.6万公里(2015年数据)
◎ 累计消耗钢材超过1.4亿吨(2015年数据)

各类桥梁长度占比

◎ 钢筋混凝土结构长度占比达96%
◎ 钢(组合)结构长度占比仅为1%


◇ “中国桥梁”成就广为认可,已成为六张国家名片之一 


中国桥梁成为我国综合国力不断提升的重要标志,并成为中国基建的响亮品牌,正在全面实施“走出去”战略。

二、规范新体系

理论体系:标准的科学性、移植性
管理体系:标准的先进性、全面性


理论体系

◇ 工程结构设计的核心问题是解决结构外部作用与内部抗力的矛盾


1. 力学发展
几何学法  ➡️  容许应力法  ➡️  破损阶段法  ➡️  极限状态设计法

2. 概率的应用
定值法(经验法) ➡️  半概率(水准Ⅰ)  ➡️  近似概率(水准Ⅱ)  ➡️  全概率(水准Ⅲ)  ➡️  风险设计(水准Ⅳ)

◇ 工程结构具有高度不确定性,需要概率的思想进行设计


通过可靠性分析、结合工程经验确定合理的设计指标

◇ 基于可靠度理论的概率极限状态设计方法


基于可靠度理论的概率极限状态设计方法已成为工程结构的主流设计方法


◇ 公路桥梁基于可靠度理论的概率极限状态设计方法


管理体系

《中华人民共和国标准化法》(2017)
原分类(中国标准):国家标准;行业标准;地方标准;企业标准;
新分类(中国标准):国家标准;行业标准;地方标准;团体标准;企业标准;

◇ 行业标准体系分类


◇ 工程建设标准体系


◇ 工程建设标准体系现状


◇ 工程建设标准体系关系


◇ 工程建设标准


公路工程特殊结构桥梁项目设计文件编制办法


公路桥涵设计通用规范主要修编情况


公路钢结构桥梁设计规范


混凝土桥涵设计规范



◇ 工程建设标准体系修订2017版


三、桥梁新形势

桥梁共性问题:安全、耐久

近年来,桥梁安全、耐久问题日益成为全球关注的焦点。这不仅是发展中国家面临的技术课题,也是发达国家所亟需解决的问题。

相对而言,随着我国经济的快速发展,国内公路桥梁运营环境不断恶化,大规模工程建设时期所遗留的问题,伴随着公路桥梁运营时间的推移,其使用性能、耐久性能差,服务寿命短与安全性问题逐步凸显,频繁出现的公路桥梁安全事故以及大量桥梁未达到使用年限而面临大修加固的事实迫使我们不得不重新审视我国公路桥梁的安全性与耐久性。

(背景资料:按桥梁管养的技术状况评定结果分类,技术状况评定等级为四、五类即“危桥”的有9万多座,占桥梁总数的13.3%,三、二、一类59万多座,占总数86.7%,为绝大所数。年加固?)

安全问题


认识发展规律——交通运输部前总工凤懋润报告指出:中美两国桥梁建设规律对比(桥梁数量的增长曲线、桥龄对比);两个桥梁大国面临相同的问题(建的多、管的多、事故多(隐含车多、人多、死伤多));

◇ 桥梁安全事故是结构与自然或人为因素共同作用的结果

结构缺陷:设防标准低、 结构不合理、施工质量差、性能退化、……
自然灾害:强风、 地震、洪水、冲刷、巨浪、泥石流、……
人为灾害:船撞、 车撞、超载、火灾、爆炸、……

国内近十年桥梁坍塌事故汇总表(不含地震)


风险评估办法中的要求之一
桥址:地震烈度大于七度且跨径大于150米的桥梁,要做风险评估
要求:两个条件均符合;特点:面广量较大,重点突出

汶川地震造成的桥梁坍塌
据有关方面对2008年汶川地震灾害统计资料,在调查的2154座国省干线桥梁中,共有 52 座桥梁完全失效( D级),70 座桥梁出现了影响其结构承载能力的严重破坏( C级),另外还有 279座桥梁出现了中等破坏( B级),共计401座,占调查桥梁总数的18.6% ,另外轻微破坏和无破坏的桥梁占 81.4%。


耐久问题

◇ 桥梁结构耐久性问题突出,极大地增加了后期事故风险。

桥梁结构生命全过程可靠性

混凝土桥梁耐久性问题突出
◎ 服役寿命短已成为常态,给行业带来了沉重的管养负担
◎ 实际桥梁的开裂、下挠、垮塌等问题频发,降低了公路交通设施的供给能力

◇ 预防性养护是桥梁全寿命性能保持及养护成本优化的关键


合理的养护对于维持工程结构良好的性能状况以及延长寿命至关重要


合理的预防性养护可显著降低工程结构全寿命周期养护成本

◇ 事故案例


新形势

◇ 新形势-总体质量评价

桥梁等关键项目质量总体合格,关键项目合格率自2010年以来各等级公路抽检合格率都在95%以上。

◇ 新形势-部长声音

质量是发展的基础 ,安全是发展的底线,抓好质量安全是交通运输的永恒主题。
由于受当前市场环境、管理水平、资金工期等因素的影响,部分地区工程质量水平不均衡 、不稳定,个别项目质量标准不高 、管理不严等问题仍然比较突出,工程质量、安全形势不容乐观 ,必须引起高度重视。——杨传堂(交通运输部部长、党组书记)

四、行业新要求

发展理念

◇ 五大发展理念:共享、创新、绿色、协调、开放

知识共享、信息共享(知识与信息精准推送);
理论创新、制度创新、科技创新、文化创新、大众创新、万众创新
变化快、变化深刻、适应期短;
创新是一个民族不竭的动力,改革永远在路上;

◇ 2016 -2018:推广钢桥也是化解钢铁过剩产能的重要举措;
◇ 扎实有序推进公路桥梁建设、提升桥梁品质已成为行业共识

◎ 推进公路钢结构桥梁建设,是落实绿色发展理念,实行现代工程管理人本化、专业化、标准化、信息化、精细化的重要抓手。
◎ 提升公路桥梁的建设品质,提高结构安全耐久性,降低全寿命周期成本,促进公路建设的转型升级、提质增效

具体要求

1. 提升设计理念,将全寿命理念落到实处;
2. 重视基础研究,提升设计理论与方法的科学性;
3. 加强桥梁结构方案比选工作;
4. 做好桥梁的结构选型工作
(合理的选型,对更好适应桥梁结构所处自然环境,提高结构的安全耐久性,降低全寿命周期成本影响重大。应选择最适合的桥梁结构,充分发挥结构特性,扬长避短,取得最佳效果。
5. 及时解决关键短板
结构抗倾覆能力;加强抗倾覆措施;加强桥梁保护系统设计;加强桥面铺装设计、伸缩装置连接设计;加强连接构造设计;加强设计精细化;

五、结语

正确认识事故

◇ 国外桥梁典型风险事件


拱桥案例:Quebec Bridge 1907年1917年和两次倒塌
主要原因:结构设计和人为风险
1-改变设计使跨径创纪录;
2-没有计算加长后的重量;
3-增加的重量使钢材的应力非常高;
4-COOPER不重新计算,且不让任何人检查他的工作!


桥梁事故分类(李国豪、钱冬生、牟华梯)
◎ 桥梁施工事故:
1) 未认识的技术问题所造成的事故——魁北克桥1907;
2) 工作失误造成的事故——湖南凤凰桥2007、美国人行桥2018;
◎ 桥梁运营事故:
1) 能够不再重演的事故——事故原因被确认-风灾
2) 能够减少或减轻损失的事故——碰撞、脆断等;
3) 难以完全避免的事故——水灾、 冰灾、泥石流、地震、恐怖袭击、爆炸。(这类事故也按能量大小、规模大小、后果轻重程度等分)

正确认识标准


正确认识桥梁

◇ 桥梁的有限责任问题
桥梁是公路交通基础设施的一部分,其结构特点注定其承载能力有限,正确认识桥梁的承载能力,协调车与桥的关系,才能持续发展。
◇ 善待我们的桥梁
桥梁需要善待,需要认真的设计、建设、管理养护、保护、体检、加固和正确使用等,桥梁才可以安全、长久的为社会服务。
◇ 慎重加固
既要防止唯利是图的乱诊断、开猛药等过度加固倾向,又要防止看不准问题、加固后不能解决问题、反而导致问题更多的倾向。严防加固和保通同时作业时,桥梁突然垮塌(案例频发、损失惨重、值得重视)

正确认识现状

桥梁需要检测、监测,检测者、监测者也需要很强的安全风险意识。近期的几个典型风险事故案例,让大家更加深了认识:旧桥、老桥、病桥、危桥本身就问题多多,还要保证运营,如此特殊环境,当引起桥梁检测、监测者的高度重视、激发更多的安全意识和风险防范意识。

桥梁事故的“浴盆”概率曲线(近十年桥梁垮塌事故统计曲线)

在结构领域,仅靠技术进步无法确保减少事故,甚至会因盲目自信而增加事故的发生。只有树立风险忧患意识,加强防范意识,心怀敬畏地设计、施工、管养、运维,才能够保障结构的安全与长寿!让桥梁更安全、更耐久!

《公路桥梁设计规范体系与安全耐久共性问题》
赵君黎 中交公路规划设计院有限公司

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