橋梁專家是如何像醫(yī)生一樣實時監(jiān)測著大橋健康的
浩浩江河之上，越來越多的橋梁飛跨兩岸。這些橋梁的安全性如何保障？“健康”狀況由誰診斷？中鐵大橋局橋科院，作為國內(nèi)唯一專門從事橋梁科學(xué)研究的單位，擁有豐富的護橋經(jīng)驗和先進的安全檢測技術(shù)，更有諸多令人稱奇的高科技“尖板眼”。比如，一個看似不起眼的大橋“減振器”，是如何讓懸索橋梁不再“風(fēng)吹草動”的？橋梁專家又是如何像醫(yī)生一樣實時監(jiān)測著大橋健康的……近日，記者專程來到中鐵大橋局橋科院進行探秘。
懸索橋上加裝“減振器”
6級大風(fēng)下“紋絲不動”
斜拉橋、懸索橋這種橋型，因跨度大、造型美觀、經(jīng)濟實用等特點，被越來越廣泛應(yīng)用。但這種橋型抗風(fēng)、抗振性能較弱，如果安全措施不到位，就會影響橋梁自身的舒適性、耐久性。
1940年建成通車的美國塔科馬橋，開通使用后僅4個月就被風(fēng)吹毀，成為世界橋梁史上的一場悲劇。塔科馬橋全長1810米，主跨853米，寬12米，離水面高59米，只有兩個車道，是那個年代最長的懸索大橋。大橋通車后不久，人們就發(fā)現(xiàn)此橋有一個很特別的地方，就是每當(dāng)大風(fēng)起時，橋就會“迎風(fēng)跳舞”，當(dāng)時很多人還把這當(dāng)奇景專門跑來觀看?？墒呛镁安婚L。1940年11月7日，河上的風(fēng)突然變了方向和速度，以至于引發(fā)了橋梁的扭曲共振。最終，橋面在經(jīng)過了40多分鐘的振蕩后解體。汀軒
此后，世界斜拉橋、懸索橋的建設(shè)一度停滯。上世紀80年代末，有人提出設(shè)想，能否在斜拉橋、懸索橋上安置一些構(gòu)件，幫助橋梁提高抗風(fēng)能力？
然而，就在這個設(shè)想提出后僅僅幾年，中鐵大橋局橋科院的技術(shù)人員們便成功地研發(fā)了榮獲國家科技進步三等獎的“大橋減振器”，將設(shè)想變成了現(xiàn)實。有關(guān)專家介紹，將橋科院研發(fā)的“減振器”安裝在斜拉索或懸索上，可以有效化解風(fēng)力產(chǎn)生的振動。
剛剛于9月28日正式建成通車的鄂東長江大橋，被稱為世界第二大混合梁斜拉橋，其中最長斜拉索長達494米，極易在風(fēng)雨、地震及交通等外界作用下產(chǎn)生大幅發(fā)散振動。橋科院為大橋較長的200根斜拉索，安裝上了外置式粘性剪切型阻尼減振器，經(jīng)過測試，在六級左右的大風(fēng)作用下，肉眼看不到斜拉索振動。ps中國
目前，橋科院根據(jù)不同的橋梁結(jié)構(gòu)、不同需求，先后研發(fā)了六種不同種類的“減振器”，并且均取得國家專利授權(quán)，已在武漢長江二橋、武漢天興洲長江大橋、杭州灣跨海大橋、京滬高鐵南京大勝關(guān)長江大橋、九江長江大橋、深圳仿艾菲爾鐵塔、印尼蘇馬拉都大橋等幾十座大型橋梁結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，成為這些橋梁抗擊外力振蕩的“安全閥”。
大橋“腦電波”和“心電圖”近在咫尺
遠程監(jiān)測系統(tǒng)呵護健康
一名工作人員打開電腦，輸入密碼后，很快，武漢陽邏大橋的各項數(shù)據(jù)便清晰地呈現(xiàn)在眼前?！斑@些數(shù)據(jù)就好像是人的‘腦電波’、‘心電圖’、‘肝功能’一樣，清楚地顯示陽邏大橋目前‘身體’的各項指標均很健康?！惫ぷ魅藛T指著電腦上不斷閃爍的光標和數(shù)據(jù)告訴記者。
這套能遠程監(jiān)測大橋健康狀況的系統(tǒng)，被稱為“橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)”，其開發(fā)者正是中鐵大橋局橋科院。該院一位專家告訴記者，普通路面如果受外力損傷，頂多是路面坑洼，而橋梁一旦內(nèi)部有損傷出現(xiàn)隱患，后果則不堪設(shè)想。以往針對橋梁的檢測大多是日常巡查，僅能通過目測發(fā)現(xiàn)橋的表面?zhèn)?，不能及時了解“內(nèi)傷”狀況，而定期的專業(yè)勘查，則動輒需要封橋封路，影響交通。
橋梁長期健康監(jiān)測是一項新興技術(shù)，它是通過在橋梁各主要構(gòu)件的關(guān)鍵部位布置高可靠性和耐久性的各類傳感器，包括空氣溫度、濕度、加速度傳感器，以及振動式索力計等裝置，實時監(jiān)測橋梁的動態(tài)數(shù)據(jù)，大橋一旦有“風(fēng)吹草動”——比如因車輛超載超限或因撞擊等外力作用，導(dǎo)致橋面、索桿等結(jié)構(gòu)受力發(fā)生異常等，設(shè)在橋梁現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集工作站就會根據(jù)預(yù)設(shè)指標，發(fā)出橙色或紅色預(yù)警，技術(shù)人員在辦公室內(nèi)即可發(fā)現(xiàn)，保證及時做出反應(yīng)，確保橋梁運營安全。
橋科院從上世紀90年代，就開始研究橋梁健康監(jiān)測相關(guān)的測試技術(shù)、分析評估技術(shù)，基本完成了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究。目前，該院已為陽邏大橋、軍山大橋等十余座大橋建立了長期健康監(jiān)測系統(tǒng)。在研究陽邏長江大橋長期健康監(jiān)測平臺時，橋科院自主研發(fā)了溫度測試系統(tǒng)實現(xiàn)計算機自動采集，全橋2000米范圍內(nèi)88個測點的數(shù)據(jù)，可以在1分鐘之內(nèi)全部采集并記錄。
十多年開出700萬字“處方”
橋梁醫(yī)院力保“亞洲第一大橋”
橋科院有關(guān)專家介紹，當(dāng)前我國路橋建設(shè)正進入跨越式發(fā)展時期，投資額逐年遞增。然而由于車輛大幅度超載現(xiàn)象普遍，再加上一些政府部門重建輕修，使得道路上橫亙著不計其數(shù)的病橋和危橋。近年來，各地頻繁發(fā)生的橋梁垮塌事故，給國家和人民生命財產(chǎn)安全造成了重大損失。國家交通部門的統(tǒng)計顯示：截至2008年底，我國共有各類大小橋梁30多萬座，其中近半數(shù)正在帶病運行。
此外，國內(nèi)有大量運營了幾十年甚至近100年的老橋，由于年代久遠、荷載等級提高等原因，使得一些橋梁的剩余使用年限和承載能力成為未知，而安全運營又要求這些指標滿足一定要求。
那么，怎樣才能準確診斷橋梁病情？病橋是否已病入膏肓需要拆除，還是經(jīng)過強筋健骨的康復(fù)療法后可以繼續(xù)使用？這些需要通過哪些條件進行判斷？
從上世紀90年代初開始，橋科院便在國內(nèi)率先開展了這方面的研究，并于2002年底成立名為“橋科院橋梁建筑結(jié)構(gòu)診治有限公司”的“專業(yè)橋梁醫(yī)院”，對橋梁建筑結(jié)構(gòu)提供檢測、評估、加固設(shè)計與施工一條龍服務(wù)。這也是國內(nèi)首家可以提供一條龍服務(wù)的橋梁加固公司。
對病橋進行診斷，同樣需要在橋上安裝各種傳感器，就像醫(yī)生使用聽診器等對病人身體進行檢測一樣，然后對檢測得來的數(shù)據(jù)信息進行會診，并通過各項模擬試驗，為橋梁開出詳細的處方和治療方案。
1995年，濟南洛口黃河大橋邀請國內(nèi)專家對大橋進行剩余壽命評估。當(dāng)時，多數(shù)評估單位都認為大橋使用壽命已到，應(yīng)該立刻拆除。而橋科院經(jīng)過各項科學(xué)評估后認為，這座大橋經(jīng)過康復(fù)療法進行改造加固后可以繼續(xù)使用。最終，有關(guān)單位采納了橋科院的方案，使這座有“亞洲第一大橋”之譽的老橋避免了拆除的命運。至今，濟南洛口黃河大橋仍在安全使用?！皩Σ虻脑\斷一定要科學(xué)并立足實際，不能搞簡單化的休克療法。挽救病橋如同挽救病人的生命，就像醫(yī)生在面對是否截肢的選擇時一定要慎重，不到萬不得已不要輕易動刀。”一位專家告訴記者。
十幾年來，武漢“橋梁醫(yī)院”派出多個小分隊奔赴大江南北，先后為錢塘江大橋、杭州灣跨海大橋、武漢陽邏長江大橋、廣州珠江黃浦橋、汕頭海灣大橋等幾百座橋梁進行體檢，開出總計約700萬字的養(yǎng)護處方。
2000年，橋科院對我國自行設(shè)計、建造的第一座公鐵兩用橋——錢塘江一橋，開展了病害、承載力檢測評估及維修加固設(shè)計和施工，使這座飽經(jīng)戰(zhàn)火摧殘的大橋又煥發(fā)了青春。
“臨床試驗”阻斷設(shè)計風(fēng)險
仿真模型為建橋提供科學(xué)依據(jù)
在中鐵大橋局橋科院的陳列廳里，武漢長江二橋、九江長江大橋、杭州灣跨海大橋……這些橋梁試驗?zāi)Ｐ?，安靜地聳立著。那逼真的斜拉索、精巧的鋼制橋身，仿佛向人們展示著一座又一座橋梁在誕生之前的最原始形態(tài)。身處這里，仿佛是在一個橋梁搖籃中徜徉。
一座橋梁在設(shè)計完成后，設(shè)計中是否存在缺陷，哪些設(shè)計在具體施工中會遇到困難等，都需要通過模型試驗，進行全仿真性科學(xué)驗證。就好比一種新藥或新的診療技術(shù)問世后，都需要先進行臨床試驗一樣。
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