北京交通大學赴天津研究生社會實踐報告第新型鋼網拱橋及沿海既有橋梁耐久性檢測加固關鍵技術研究——北京交通大學赴天津研究生社會實踐報告摘要：本次北京交通大學赴天津社會實踐活動以天津濱海新區在建海河新型鋼網拱橋的設計及施工關鍵技術和海河沿線橋梁的耐久性問題及加固檢測技術為核心進行綜合調研，針對新型鋼網拱橋關鍵構件、整體穩定性、抗震性能進行深入研究；在對海河沿線橋調研的根底上對沿海地區既有橋梁的突出的耐久性問題及檢測加固技術進行分析。本次社會實踐所獲數據及結論將為當地設計院和養護部門提供參考。引言為緩解跨海河交通壓力，天津濱海中心商務區范圍內已規劃了11條跨河通道，安陽跨海河大橋為連接響螺灣商務區和于家堡金融區的重要通道已開工建設，其采用的新型鋼網拱結構景觀性及獨創性極強，值得深入調研其設計及施工技術的應用前景；同時天津海河上的多座跨河通道受所處自然環境及運營環境的影響而易產生耐久性問題，如何確保新建橋在沿海環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注的重點。本次北京交通大學赴天津社會實踐活動主要針對天津濱海新區在建海河新型鋼網拱橋的設計及施工關鍵技術進行深入研究，并對濱海新區海河沿線橋梁的耐久性問題及加固檢測技術進行調研與統計，為當地設計院和養護部門提供參考數據。1新型鋼網拱橋關鍵技術研究于家堡地區位于塘沽區海河北岸，東西南三面臨海河，北到新港路，規劃用地面積3.44平方公里，是濱海新區中心商務商業區的核心地區，其主要具備金融創新基地、城市商務、高端商業、都市旅游、生活居住等功能。安陽道跨海河大橋位于天津濱海新區中心商務區，西連安陽道，東接于新道，為連接響螺灣商務區和于家堡金融區的重要通道。為構筑新的城市地標，安陽橋的設計十分謹慎地處理橋梁與河道的關系、橋梁形式對于天際線的改變，試圖通過這組路橋解讀地域特性，并使其融入自然環境。安陽橋空間鋼網主拱分為兩局部，表達“大鵬展翅〞之意，而中央那么是懸掛橋面的主體結構。橋面也于中央分成兩幅，引導光線照射到橋下的水面。兩組拱網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，本橋為空間大跨徑鋼網拱橋，主拱造型優美結構復雜，假設把安陽橋從方案轉化為現實的橋梁結構，需要詳細研究本橋的整體結構性能、空間結構特性彰顯的主拱、復雜的關鍵節點，將面臨極大的挑戰性。安陽橋跨徑達兩百多米，雙向六車道，外加兩側人行道，設計活載大，大跨徑拱橋水平推力的分析是本橋整體橋梁結構研究的首要任務，濱海新區為軟土地基，淤泥厚度近十米，使得這一研究尤為棘手。主拱為14條纖細的小拱組成的空間結構，構件的整體剛度較弱，主拱的跨度較大，橋梁結構的整體剛度、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容。在拱腳處，整體橋梁結構近似單點固端支撐，主拱又很高，在橫向風荷載和車道偏載作用下，橋梁整體結構的穩定性能也是本橋整體橋梁結構研究的關鍵內容，因為它決定著本橋整體橋梁結構的成立與否。1.1工程背景安陽橋為連接響螺灣商務區和于家堡中心商務區的重要通道，本橋梁由響螺灣一側0#～7#墩引橋、7#～12#墩主橋及于家堡一側12#～19#墩引橋三局部組成。橋梁修筑起點樁號為K0+605.450、修筑終點樁號為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。安陽橋主橋為無推力空間鋼網拱橋，主拱為雙軸對稱空間鋼網拱結構，主梁主跨為主次梁梁格結構，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〕。安陽橋為無推力空間鋼網拱橋，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稱的異形空間鋼網拱結構，主拱在橋面以上為拱網結構體系，橋面以下為異形拱箱結構。中心拱軸線距拱腳定位點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。橋面以上拱網由14道獨立的小拱箱通過間距8m的拱間橫向連梁連接而成，鋼網拱橫截面左右對稱，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大鋼拱箱結構。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吊桿面，主梁外側和主梁內側各兩道，吊桿采用平行鋼絞線，外側采用GJ15.24-12型號，內側采用GJ15.24-5型號。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，鑄鋼為空間三維結構。由于該橋的主跨較大220m，邊跨相對較42m，在邊跨墩位會出現很大的支座負反力。為了防止邊跨負反力的出現，特設置拉桿墩位，使得邊跨處于受壓狀態。拉桿設置四道，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拱橋關鍵構件和節點研究安陽橋為空間大跨度鋼網拱橋，橋梁結構復雜，在關鍵構件和局部關鍵節點上存在以下幾個問題：具有藝術獨創性的雙軸對稱空間鋼網主拱的結構、節點構造、剛度突變的處理、施工工藝，超大噸位鑄鋼的設計、受力性能、加工施工工藝，大噸位拉桿的布置和設計，空間鋼網拱橋復雜關鍵節點的受力分析。圖1.2橋梁關鍵構件和節點分析示意圖1.2.1雙軸對稱空間鋼網主拱安陽橋主拱由14條纖細的小拱組成，在空間上排列成一個極為不規那么的橫斷面，就連拱間的橫向連梁，為了到達其橋梁的藝術性，也設計成不規那么的形狀，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。安陽橋主拱為結構復雜的空間鋼結構主拱，整體差，剛度弱，與常規概念的混凝土主拱、鋼管拱、鋼桁拱有很大的差異，空間主拱的結構設計，也是本橋設計的一個挑戰。圖1.3主拱肋橫斷面布置圖安陽橋為城市景觀橋，結構優美、造型獨特，14條小拱線形為橋梁藝術獨創，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整體結構的影響是值得研究的內容。本橋在方案創作期間，14條小拱的線形和截面尺寸在建筑的角度已經到達了完美的搭配，在主拱的設計中，為了保持橋梁藝術和橋梁結構的完美統一，盡量不改變主拱的線形和截面的尺寸，這使得主拱的設計面臨更大的挑戰。常規概念的主拱為一剛性構件，拱構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，為空間結構，主拱本身的剛度相對較弱，整體性稍差，這也是值得仔細研究的問題。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，主拱的設計時應考慮剛性短桿的影響。在主拱的設計中，為此進行了大量的計算、比照和討論工作，使得主拱的強度滿足標準要求。1.2.3空間主拱關鍵節點研究在主拱與橋面相連的附近，14條小拱變成一個鋼拱箱，在小拱變拱箱前，14條小拱截面為單獨的拱截面，是14條拱截面單獨的剛度，在小拱變拱箱后，拱截面變成一個整體的截面，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力集中，這也是本拱設計中面臨的挑戰。為了減緩剛度的突變，拱箱嘗試了開口開縫、開大的v形口等構造措施，以減緩剛度的突變或階躍。對于14條小拱變成鋼拱箱的位置，為了實現拱的通透性，建筑設計要求拱箱盡可能的短；為了在施工中能實現，要求其空間應足夠大，拱箱盡可能長一些；拱箱位置確實定，也是建筑和結構爭論的焦點。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，各桿件相對較短，各桿件連接設計需不僅要考慮拱間橫連在其平面內的連接，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性。主拱由14條小拱組成，主拱分段的對接焊縫就需14個箱形截面的56條焊縫對接，主拱分段焊接的定位、對接、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目，降低施工的現場焊接量，根據吊裝能力，主拱的分段應盡可能長；根據主拱階段重量和現場吊裝高度，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，主拱設計不僅是考慮構件的強度、剛度、穩定，更是考慮主拱的加工、分段、運輸、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，由于要在拱腳處設置支座，交匯節點的設計是關鍵的問題之一。交匯節點不僅承受主拱傳來的巨大內力，還承受著三道反斜撐傳來的內力，是本工程最具控制性的節點。由于主拱截面為復雜的建筑藝術造型截面、反向斜撐也是非常規矩形截面，桿件的焊接連接是無法實現的。由于各桿件內力巨大，采用常規的混凝土拱腳連接，混凝土的體積非常龐大，橋下的凈空就難以滿足要求，同樣無法實現。為了將本方案轉換為現實，設計中采用鑄鋼節點，為了保持本橋藝術風格的統一，鑄鋼的設計也非常有藝術性。圖1.5交匯桿件節點鑄鋼件鑄鋼構件設計為三維空間異形構件，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250t。在本橋的設計中，將超大噸位鑄鋼構件應用于橋梁設計當中，可以解決拱腳、斜撐空間交匯節點難以實現的難題，開創了大噸位鑄件在橋梁結構中應用的先河。鑄鋼的設計不僅是滿足強度、剛度的的要求，而是有更多的技術問題需要考慮，對于超大噸位鑄鋼，國內也沒有相應的標準和經驗可供參考。1.3空間鋼網拱橋整體穩定性研究特征值屈曲分析的為理想結構彈性穩定分析，指結構在外荷載作用下，在原來的平衡狀態之外，出現了第二個平衡狀態。在數學推導中解決的是一個求解特征值的問題，故而被稱為特征值屈曲分析。特征值屈曲是理想化的情況，現實結構會有各種各樣的缺陷，實際的失穩荷載要比特征值低的多，故在現行的標準中，對特征屈曲穩定系數要求大于4，對非線性屈曲的穩定系數大于2。求解穩定問題的一般思路為：建立單元剛度矩陣，對端點分別為i、j的兩桿件，采用，，，分別表示局部坐標系下端點的位移與荷載。i，j桿上任一點處的軸向變形為：式中第一項為軸力引起的應變，第二項為彎矩引起的應變，第三項為桿的彎曲變形導致的應變。ij桿的應變能為略去高階小項，上式最終可變為：公式還可以表示為：式中，[k]為單元剛度矩陣，[k]=[kD]+[kG]。其中[kD]與外荷載無關為彈性剛度矩陣，[kG]只與桿長及軸力有關，稱為初始應力剛度矩陣。，當考慮全局坐標系，并將單剛集結為總剛，可知，{F}的增大，將同時導致[KG]的增大，當增大到一定程度時，將到達隨遇平衡狀態，即上式成立的條件為公式即為計算穩定平安系數的特征方程式。理論上，特征值λ的數量與總剛的階數有關。在本橋結構分析中，采用典型的荷載工況：恒載+滿布活載、恒載+半幅活載、恒載+風載、恒載+滿布活載+風載、恒載+半幅活載+風載，計算結果如下列圖1.6所示。圖1.6各荷載工況下穩定屈曲計算結果由以上計算結果可知，恒載+滿布活載+風荷載作用下，安陽橋的最小屈曲穩定系數為7.17，大于4，符合標準設計要求。1.4空間鋼網拱橋抗震性能研究安陽橋為拱橋，，在抗震設計中，在中承式梁拱橋的根底上采用減隔震體系的設計，計算時采用上部主拱與下部根底為剛接。計算方法計算分析采用反響譜法，詳細分析橋梁結構在兩種概率水平E1及E2的地震輸入下的地震反響，并考慮結構的幾何非線性、支座邊界單元的非線性、樁-土-結構相互作用的影響及主橋與引橋的相互偶聯作用的影響。對于反響譜確實定，本橋可按抗震細那么、城市抗震標準、?天津市響螺灣中心商務區——于家堡金融區場地地震平安性評價報告?確定設計反響譜〔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設計水平反響譜最大值設計反響譜抗震細那么城市橋梁抗震標準響螺灣安評報告E1地震0.7460.6920.864E2地震0.4390.2060.528a)E1地震設計反響譜b)E2地震設計反響譜圖1.7地震設計反響譜通過反響譜法計算后，其相應計算結果如下列圖1.8和表1.2。圖1.8全橋最大應力計算值在E1、E2地震作用下，全橋最大應力計算值不超過300MPa，均滿足材料強度要求。在E1、E2地震作用下，發現E1、E2作用下拱腳處位移均呈線性比例相關關系，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。不難發現，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及繞縱橋向轉角RX相近，而拱腳1繞橫橋向轉角RY非常大，拱腳2的RY卻比較小；在水平地震E1y方向作用下，根本規律同E1x時的情況；即在水平地震作用下主要影響橋梁繞橫橋向轉角。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角。故設計此類型橋梁時應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鍵技術研究本次社會實踐第二局部的內容主要包括七個方面，分別是濱海新區已建跨海河干流橋梁耐久性現狀、濱海新區已建橋梁運營過程中可能出現的橋梁病害、海河開啟橋的耐久性及后期檢測加固的關鍵技術、天津市區橋梁的耐久性及檢測加固現狀、濱海新區公路橋梁與城區市政橋梁耐久性問題的差異、合理的養護與檢測加固建議。天津地區耐久性根本概況及設計方法1、耐久性設計內容及設計方法據1994年鐵路部門統計：在總數為33600座橋梁中，有6137座為病害結構，其中預應力結構有2675座有病害，此外近幾年橋梁因耐久性低而出現坍塌事故愈來愈多，結構耐久性一直是國內外設計研究人員的關注重點，但仍不能滿足現狀的需求，由此可見耐久性研究仍需要進一步深化。本次社會實踐的主要目的是考察被譽為“橋梁博物館〞的天津市區和濱海新區跨海河橋梁耐久性問題。經統計，天津市跨海河干流現有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、海河大橋進步橋、金阜橋、西外環海河橋金湯橋、解放橋、海門大橋、海河開啟橋對于混凝土結構耐久性，目前有?鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定?(鐵建設[2023]157號)[1]、?海港工程混凝土結構防腐蝕技術標準?(交通部JTJ275)[2]、?公路工程混凝土結構防腐蝕技術標準?(交通部JTG2023)[3]、?混凝土結構耐久性設計規程?(山東省技術標準DBJ14-S6-2023)[4]，但交通行業尚未相應的國標設計標準。2023年清華大學土木工程系牽頭主編了?混凝土耐久性技術標準?，其關于耐久性設計具體內容包括選型、材料、構造、附加措施、施工質量及維護與檢測等6個方面。對于天津地區,天津建設管理委員會制訂了?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設計規程?[6]，完善了?混凝土耐久性技術標準?中相關內容，并有針對性地規定了天津地區橋梁的耐久性設計具體內容及相應的措施，主要包括8個方面，具體如下列圖2.1所示。圖2.1.耐久性技術標準設計內容針對天津地區的橋梁所處的環境，天津市市政工程設計研究聞寶聯[7]等人對天津濱海地區鋼筋混凝土橋梁病害進行調查，并建議了相應的提高耐久性措施。具體詳見下表2.2。表2.2天津地區橋梁耐久性設計內容及措施耐久性設計內容所處環境措施樁基地下水中硫酸根離子、鎂離子、氯離子等化學腐蝕提高混凝土密實性、添高效減水劑、引氣劑、摻礦粉、粉煤灰等活性粉末墩柱、橋臺地下水位較淺，隨潮汐變化而有規律波動，在遷移過程中結晶且地表附近墩臺還受凍害破壞作用提高混凝土密實性,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范圍內硅烷乳液浸漬處理橋梁上部結構潮濕海風攜帶氯離子;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性以及表層混凝土的質量，引人引氣組分防撞墻化冰鹽水濺射，鹽凍破壞和鹽結晶腐蝕嚴重，二氧化碳及二氧化硫濃度高使用阻銹劑,外表進行硅烷浸漬處橋面、細部防水受橋梁受力變形特點、當地氣候、施工管理水平及經濟開展水平影響結構細部存在陰陽角用涂料類適宜,而橋面出現負彎矩那么用卷材合理。,對于結構耐久性設計的主要理論和方法，公路工程混凝土結構防腐蝕技術標準(JTG/TB07-01-2023)[3]給出了具體的評定方法(詳見表2.3)。表2.3結構耐久性設計的評定方法評定方法具體內容備注環境指數評定法其中，耐久指數Tp，環境指數Sp，S0為標準環境條件下的環境指數值；△Sp為鹽分和凍融的影響，為惡劣環境的環境指數增分值，△Sp根據具體環境條件的不同進行選擇。基于隨機動態可靠度的耐久性設計結構抗力隨機過程R(t)，結構荷載隨機過程S(t)，功能函數Z(t)基于使用壽命設計和全壽命經濟性控制耐久性設計，，td、γt、tg分別為設計使用壽命、使用壽命平安系數和目標使用年限；Dmax為構件最大容許退化，Dg為tg時刻的退化均值，vD為退化的變異系數，可靠度指標β2、影響耐久性的主要因素通過國內外文獻資料，影響橋梁耐久性主要因素包括外部因素和內部因素〔如圖2.2所示〕，提高耐久性的目的就是提高結構使用壽命，保證結構正常平安使用。日本預應力混凝土技術協會主編的?鋼-混組合橋設計施工規準?中混凝土結構耐久性產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應力混凝土橋涵設計標準?(JTGD62-2023)[8]中1.0.9條可知，天津地區為微凍地區，該地區的橋梁結構存在較小幅度的凍融現象。橋梁結構中引起混凝土及鋼材裂縫原因較多，主要有：收縮徐變、溫度應力、結構材料、養護條件及施工質量等因素[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橋梁結構耐久性，這也是本次社會實踐中專門分析評價濱海新區及天津市區因氯離子對橋梁耐久性影響程度的重點關注對象。自1988年海河水質污染防治研討會召開以來，海河水質污染防治一直是天津市環保部門高度重視的工程。在2023年海河水系受到重度污染后，環保部門更是高度重視，專項撥款24億用于治理海河水質的主要污染〔五日生化需氧量、高錳酸鹽指數和氨氮〕。據天津市環境監測中心對天津海河三岔口水質污染狀況進行監測的數據，發現海河的水質狀況根本比較穩定，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2023～2023年主要污染物情況比較發現，主要污染因子為氨氮和高錳酸鹽指數〔如圖2.3所示〕，而且每年7、8及9月氨氮明顯增高，外部來水對海河水質影響明顯，各項監測指標由夏季時符合地表水Ⅴ類或劣Ⅴ類水質標準過渡到符合地表水Ⅲ類水質標準。在無外部來水的情況下，海河水質狀況變化不大，總體水質為Ⅴ類。a)水質高錳酸鹽指數變化趨勢圖b)水質氨氮變化趨勢圖圖2.3天津海河水質指數變化趨勢圖據天津氣象報告可知，該地區年平均降水量在360－970毫米之間，(1949－2023)年平均值是600毫米上下，在7、8、9月份天津地區的酸雨更是加劇鋼材銹蝕，這也是海河水平面以上橋梁結構必須考慮的一個關鍵因素。對于內部因素，許多橋梁設計標準已作相應的限定。如?公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計標準?(JTGD62-2023)[8]中1.0.7條規定公路橋涵應根據其所處環境條件進行耐久性設計，并在表1.0.7中給出了結構混凝土耐久性的根本要求。對于天津地區其環境條件為Ⅲ類海水環境，最大水灰比：0.45，最小水泥用量：300kg/m3，最低混凝土強度等級：C35，最大氯離子含量：0.10%，最大堿含量：3.0kg/m3；對于預應力混凝土構件中的最大氯離子含量：0.06%，最小水泥用量：350kg/m3，最低混凝土強度等級：C40。另外主要受拉鋼筋宜采用環氧樹脂涂層鋼筋。再如鐵道部2023年實施的?鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定?鐵建設(2023)157號[1]中規定混凝土耐久性指標包括：混凝土的抗裂性、護筋性、抗凍性、耐磨性及抗堿—骨料反響性等。此外?公路工程混凝土結構防腐蝕技術標準?(JTG/TB07-01-2023)[3]中3.0條及?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設計規程?[7]中3.3條也有相關規定。查二者標準表可知，對于天津地區環境條件為Ⅲ類海水環境，濱海新區橋梁上部結構處于輕度鹽霧區，天津市區橋梁上部結構處于重度鹽霧區〔詳見表2.4〕。表2.4天津地區和濱海新區橋梁結構所處環境等級及材料要求要求天津市區濱海新區結構所處環境等級上部結構E級(重度鹽霧區)D級(輕度鹽霧區)橋墩E級D級(長期浸泡在海水中)樁基E級E級材料、添加劑要求上部結構硅酸鹽水泥：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計規程?[7]中規定：保證橋梁耐久性應有必要的構造要求，以隔絕或減輕環境因素對混凝土作用，控制混凝土的裂縫產生及提供足夠厚度的保護層。其中保護層厚度方面，?混凝土結構設計標準?GB50010-2023中對普通鋼筋和預應力鋼筋最小保護層厚度進行了規定，如III類環境中，根底及樁基承臺不小于60mm，墩臺身最小為45mm。與GB50010-2023中保護層厚度規定不同，?天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設計規程?[6]綜合考慮了施工偏差等因素規定：對于先張預應力混凝土橋梁保護層厚度，一般不小于非預應力鋼筋保護層厚度最小值厚度與施工負誤差之和。對于直線段后張預應力鋼筋，浄保護層厚度為護套或孔道管外緣至鋼筋外表的距離，其值不應小于護套或孔道管得1/2，對于曲線段預應力混凝土構件浄保護層，按JTGD62相關規定。III類環境中，對于封端混凝土應外加阻銹劑，且混凝土封端的保護層厚度不小于50mm，在鹽類腐蝕環境下不小于80mm。在本次社會實踐中，北京市奧林匹克公園某一連續斜腿剛構橋在邊跨封端保護層因欄桿安裝過程中施工質量差而明顯不滿足要求〔如圖2.4所示〕。團隊成員與連續剛構橋合影封端保護層情況圖2.4.北京市奧林匹克公園某一連續斜腿剛構橋濱海新區已建跨海河干流橋梁耐久性現狀濱海新區已建橋梁所處的環境與天津市區相比，空氣中和水中氯離子含量均略高。相應的結構設計要求會高一點。且大橋地下水、河水具有強腐蝕性，在配置混凝土時需添加防腐劑。對于天津市濱海地區混凝土橋梁，2023年天津市市政工程設計研究院聞寶聯[7]等人在耐久性主要影響因素的根底上，認為混凝土橋梁劣化模式的主要有：1〕鹽結晶腐蝕：2〕水凍融破壞；3〕鹽凍破壞；4〕鋼筋銹蝕破壞；5〕結構受力破壞；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濱海新區海河橋梁進行分析研究。1、海河大橋在海河入海口處,新建海河大橋與平行的老海河大橋組成一對反對稱的雙塔“姊妹橋〞〔詳圖2.5〕，成為新區的一道靚麗風景和城市標志性建筑。新建海河大橋位于海河入海口處，已建海河大橋東側，與原橋橋面凈距離12米。大橋全長2033米，橋寬23米，為主跨310米雙索面混合梁獨塔斜拉橋，其鉆石型主塔高165.8米。原橋新橋寬：24m寬：原橋新橋寬：24m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吊點橫隔板34個，普通橫隔板146個，在2023年檢測中共有101個普通橫隔板開裂，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，這些部位均發生在應力集中位置，遠遠不能保證結構耐久性。此外，頂板縱肋與左右橋面鋼板剛度不匹配導致橋面板上部混凝土出現通長縱向裂縫(圖5-c))。針對原海河大橋出現的病害，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，這種設計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式開啟橋之一，也是亞洲同類橋梁中規模最大的。該橋主跨76m，凈跨為68m，為亞洲同類最大跨度開啟橋，橋梁轉動半徑為38m、橋梁開啟最大角度85°，橋下通航凈寬度68m，在不開啟狀態下其凈空大于7m，開啟時凈空超過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腐蝕性，而主墩腔室周長為116m的薄壁環形封閉結構，壁厚為2m，墩腔內部安裝機械、液壓、電控等設備，要求混凝土墻壁不能出現任何裂縫，一旦出現，滲水將直接影響設備的正常工作和壽命，這也是本橋耐久性設計的關鍵。表2.6.海河開啟橋耐久性設計指標混凝土等級最大氯離子含量最大堿含量防腐蝕抗滲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很低明顯增強工程部聯合高等院校進行了?海河開啟橋高性能混凝土成套技術研究?的技術攻關，試圖解決砼配合比、砼防腐、砼防凍、砼抗震、砼抗滲等5項技術難題。但本次社會實踐中發現，強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))遭受大面積嚴重腐蝕，而且腐蝕區域沿墻身呈上升趨勢，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。此外本次社會實踐中，步行梯(圖2.6-c)及d))因長期暴露在露天環境中而遭受嚴重銹蝕，特別在與立柱結合處的焊縫位置，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排水口處(圖6-f))因橋面板低凹而造成嚴重銹蝕。a)團隊成員與海河開啟橋合影b)防撞墻防護層腐蝕情況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構跨河橋。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。在活動孔兩側建有45米高的提升鋼塔架，作為開啟通航道。大橋開啟時，凈寬60米，凈空高31米。在本次社會實踐中，據天津市民介紹，許多超載車使得大橋振動幅度大，且曾經造成橋面板斷裂。升降平臺關系到中跨橋段整體提升過程中的平安性，故細部耐久性的作用必須重視，調研時發現提升纜索和提升鋼梁螺栓出現明顯銹蝕情況(圖2.7-b))，建議有關部門及時進行涂裝處理，對已嚴重銹蝕部位或裂縫部位及時整改。a)團隊成員與海門大橋合影b)升降臺銹蝕情況圖2.7.海門大橋濱海新區已建橋梁運營期間可能出現的橋梁病害通過對前面濱海新區已建三座橋梁的耐久性現狀調研，總結起來，運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腐蝕性河水腐蝕；2)長期暴露在露天環境中，承受拉應力及壓應力鋼結構構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致支座、下部結構及橋面遭受侵蝕；4)橋面板縱肋或橫肋與其附近鋼板剛度不匹配導致橋面板上部混凝土出現通長裂縫。5)動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鍵技術1、海河開啟橋的耐久性現狀天津海河上曾出現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、開啟方式及現狀詳見表2.8。表2.8.天津跨海河開啟橋橋名建造時間開啟類型開啟方式現狀金湯橋1906年平轉式開啟鋼橋電力啟動改建為人行橋金華橋1917年雙葉立轉下承開啟人力開啟現已撤除金鋼橋1922年雙葉立轉開啟式橋電力開啟改建為新彩虹式金鋼橋解放橋1923年雙葉立轉式開啟橋電力啟動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供公路車輛及行人使用響螺灣海河開啟橋2023年雙葉立轉式開啟橋電力啟動供公路車輛及行人使用對于金湯橋和金華橋，兩座橋梁因耐久性問題不滿足原設計要求而改建或撤除，金湯橋2023年在恢復設計原貌的根底上進行了加固整容并恢復了原有的開啟功能，其中，金湯橋的東岸裝有電動系統控制裝置，在啟動時，橋體以靠近東岸的橋墩為軸逆時針水平旋轉，十分鐘后金湯橋橋體可轉動90度。對于金鋼橋，將原橋進行撤除改建為鋼-混組合結構連續梁橋，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現開啟，在2023年經過全部重新整改和替換之后現已作為公路和行人使用，恢復原來開啟功能。海門大橋經過20多年之后不能滿足耐久性要求，在2023年作了相應的維護。對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研究?的技術支持下，該橋結構目前處于正常使用狀態，響螺灣海河開啟橋自2023年建成至今暫未作相關加固。但在構造細節上尚存在如濱海新區已建橋梁運營期可能出現的橋梁病害一節中已重點總結的三個相關問題,即步行梯因長期暴露在露天環境中而遭受嚴重銹蝕，特別在與立柱結合處的焊縫位置；邊跨T梁橋墩蓋梁處明顯受雨水侵蝕，對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排水口處因橋面板低凹而造成嚴重銹蝕。2、海河開啟橋后期檢測加固關鍵技術在前一小節中，介紹了六種開啟橋的耐久性現狀，其中對開啟橋進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年進行改造，對電路、傳動等開啟系統的全面整修，恢復了原有的可開啟功能，同時對整個橋的鋼梁進行了維修和加固，并重新油飾。對銹蝕嚴重的局部零部件進行了1:1的復制和更換。海門大橋在2023年分兩階段進行維修，第一階段主要是維修大橋的引橋、引路，包括更換護欄和路燈等設施。第二階段對主橋直升式鋼結構進行維修，包括更換相關部件，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注鉚接、焊接工藝、防腐工藝及開啟系統等三大加固養護方面，具體思路如圖2.8所示，各分項應符合加固、養護等相關設計施工及驗收標準相應要求。圖2.8天津跨海河開啟橋修復思路天津市區橋梁的耐久性及檢測加固現狀天津市區跨海河橋梁有10余座，本次社會實踐重點考察了以下8座橋梁的耐久性。1、赤峰橋橋天津赤峰橋主橋為獨斜塔雙索面彎斜拉橋。該橋橋面長226米、寬30.95米，橋面設雙向6車道。主塔為局部預應力鋼筋混凝土結構，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)團隊成員與赤峰橋合影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。橋身采用輕型非對稱結構,兩側人行橋與主橋構成一個三維立體結構，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致排水口附近鋼板銹蝕(圖2.10-b))。a)團隊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片鋼結構“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狀的鋼結構，整座橋共有68片“花瓣〞，每片“花瓣〞由兩個鋼制“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點處銹蝕嚴重(圖2.11-b))；2)邊跨斜腿端部螺栓銹蝕嚴重(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致在拱腳處有銹蝕情況(圖2.11-f))。容易發現，發生銹蝕的這些部位均為拉壓應力較大部位。a)團隊成員與直沽橋合影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〞結構造型，與李公樓橋“船形〞區別較大，為后來的江東大橋提供一定的技術支撐。該橋的非線性突出的影響因素主要有：荷載作用下的結構大位移、纜索自重垂度效應、纜索初內力、混凝土收縮徐變等。在調研單塔空間索面自錨式懸索橋——富民橋時，發現存在以下幾個問題：懸索橋自錨端受雨水侵蝕嚴重(圖2.12-b))；人行天橋豎桿和橫桿節點(圖2.12-c)~d))、在索塔中部(圖2.12-e)~f))、梁與墩支座內外交界處(圖2.12-g))、吊桿套管(圖2.12-h))及離索塔最遠端的斜吊桿錨固端部(圖2.12-i)~l))發現假設干不同程度銹蝕情況，其中在塔最遠端的斜向吊桿錨固端局部處，3處有明顯長裂紋，根本分布在高強螺栓周圍，且這些裂紋根本銹蝕嚴重，由于此吊桿較短且吊桿承受應力大，在錨固端引起的應力集中非常明顯，這在“短吊桿效應〞中必須高度重視。a)團隊成員與富民橋合影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點銹蝕情況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1年的改造于2023年通車。原光華橋主橋結構形式為三跨筒支單懸臂中孔加吊梁結構，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重(圖2.13-b))，且在外包層因防排水處理不當而出現水漬情況(圖2.13-c))，在橋面伸縮縫處損害較為嚴重(圖13-d))。a)團隊成員與光華橋合影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、劉莊橋劉莊橋為海河上第一座獨塔斜拉橋，橋塔高42米，塔柱為矩形實體，橋面采用栓焊鋼板梁與預制混凝土板組成的疊合梁結構。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塔斜拉橋，后由于長期重車荷載引起的振動、風吹日曬等多方原因,致使該橋損壞嚴重，在海河整體改造過程中，劉莊橋整修工程于2023年9月主要對欄桿及大小燈桿進行除銹，補修板梁接縫，墩體涂刷防水材料，改造泄水孔等展開維修，而對因結構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，整個橋面非線性變形非常突出，索塔上部出現假設干明顯銹斑(圖2.14-a))，斜拉索錨頭嚴重銹蝕((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，全橋出現比較嚴重的問題，關鍵在于主梁截面剛度的不合理布置，且栓焊鋼板梁與預制混凝土板組成的疊合梁結構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橋面板抗彎剛度完全不匹配，導致局部斜拉索應力損失，而使得縱肋上部混凝土產生拉應力導致裂縫的出現，而橫向裂縫主要是由于橫隔板的間距過大而造成的。故疊合梁結構橋梁設計時應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構，主跨采用鋼箱梁結構，邊跨采用預應力混凝土箱梁結構，風帆造型的橋梁主塔高50米，為鋼混結構。該橋總長231米。橋梁主跨長120米，連同橋兩側道路，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塔斜拉橋，兩者出現的問題不同，劉莊橋的主要問題在于主梁結構剛度問題，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))，傾斜塔兩側斜拉索拉力大小不一致，使得塔頂兩側水平力不同，不平衡水平力引起的彎矩由主塔承當，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作用而下部為固端約束的根本力學模型，在中部內凹處(圖2.15-c))，不平衡彎矩更大，截面曲率變形增大，直到到達新的平衡狀態。a)團隊成員與保定橋合影b)索塔中間部位局部內凹設計狀態變形現狀設計狀態變形現狀c)索塔內凹變形原因分析圖2.15保定橋8、金湯橋金湯橋始建于1906年，是天津最早、也是目前國內僅存的三跨平轉式開啟的鋼結構橋梁。橋長76.4米，總寬10.5米。現已作為人行橋使用，經過假設干年的養護維修，仍存在一些問題，其中變形最突出的部位位于平轉段兩端點，因為在平轉前后，端節點及相應的弦桿出現拉壓應力交替變形情況，如圖2.16-b)中間斜桿工字鋼與涂裝層粘接應力不夠，引起工字鋼截面沿焊縫方向出現比較嚴重銹蝕情況，2.16-c)、2.16-d)及2.16-e)圖中端節點沿縱橋向加勁板在豎向荷載作用下發生局部屈曲，甚至導致粘結鋼板之間粘結應力完全喪失。a)平轉時的金湯橋b)中間斜桿工字鋼銹蝕情況c)端節點1變形情況d)端節點2變形情況e)中間桁架節點變形情況圖2.16金湯橋將以上8種情況總結，天津市區橋梁耐久性存在的主要問題如下表2.9所示。表2.9天津市區橋梁耐久性調研情況橋名耐久性調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點處、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、梁與墩支座內外交界處、吊桿套管及離索塔最遠端的斜吊桿錨固端部及其高強螺栓周圍銹蝕光華橋欄桿底端腐蝕嚴重，在橋面伸縮縫處損害嚴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、橫向裂縫嚴重金湯橋平轉段兩端點明顯變形，中間斜桿工字鋼與涂裝層因撕裂而銹蝕濱海新區公路橋梁與城區市政橋梁耐久性問題的差異通過對天津市區與濱海新區已建橋梁的耐久性現狀調研，發現天津市區及濱海新區橋梁耐久性主要問題的共性有以下四個方面。1)設計剛度不匹配嚴重影響橋梁結構耐久性，這也是本次社會實踐中發現的最嚴重的問題。橋面板縱肋或橫肋與其附近鋼板剛度不匹配導致橋面板上部混凝土出現通長裂縫，如濱海新區的海河大橋和天津市區的劉莊橋；再如因主塔彎曲剛度問題致使保定橋主塔中部內凹。2)長期暴露在露天環境中，承受拉應力及壓應力鋼結構構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致支座、下部結構及橋面遭受侵蝕，如天津市區的金阜河橋、保定橋和濱海新區的海河開啟橋。2023年天津市政工程研究院夏寶駒研究團隊對濱海新區橋梁耐久性狀況調研，發現實際上類似的病害在濱海新區所有的橋梁上都有發生,至少有70%以上的橋梁伸縮縫發生滲漏水,對應其下的所有蓋梁都有不同程度的凍傷、鋼筋銹蝕、梁體外表出現裂縫,而且其中的一些橋梁運營僅10年左右。4)動力裝置部位容易因涂裝層脫落而銹蝕。如濱海新區的海門大橋和響螺灣海門開啟橋。濱海新區公路橋梁與城區市政橋梁耐久性問題的主要差異在于因橋梁所處環境等級不同橋梁不同部位〔上部結構、橋墩及樁基等〕受鹽類腐蝕程度大小。天津市區與濱海新區樁基在設計標準環境等級中均處于的E級環境中，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研，故只能從上部結構和橋墩下部結構狀況總結差異性。1)對于下部結構濱海新區在氣候上屬于寒冷地區，地質上屬于鹽堿灘涂地帶，很多區域的，橋梁遭受氯鹽腐蝕嚴重，使得防撞墻及橋墩等與河水接觸的下部結構遭受強腐蝕性河水腐蝕。與此相似，夏寶駒研究團隊在2023年的調研中也發現橋梁的防撞墻下部、墩柱根部的鹽腐蝕和鹽凍非常嚴重。天津市區橋梁下部結構受腐蝕程度低于濱海新區橋梁。2)由天津市耐久性標準規定可知，天津市區橋梁上部結構、橋墩所處的環境等級E級高于濱海新區的上部結構、橋墩D級。因天津市區上部結構處于重度鹽霧區，從本次社會實踐橋梁調查發現天津市區橋梁上部結構受鹽類腐蝕比濱海新區的稍嚴重。合理的養護與檢測加固建議被譽為“橋梁博物館〞的天津市在自身橋梁大開展的同時，一直著力解決本市橋梁出現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現和整治“問題橋梁〞。自2023年7月11日在天津市深化公路養管體制改革工作會議上，制定了?關于深化天津市公路養護管理體制改革的意見?，要求確保年內消滅三類以上病害橋梁。2023年08月18日天津市橋梁進行第三次全覆蓋、拉網式平安排查，采用橋梁技術等級認定體系〔BCI〕進行評分評級，這是繼對獨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。到2023年10月11日，天津已集中排查了4000多座橋梁，得出結論：天津市在用道路橋梁運行狀況整體上來說是可控的，主要道路橋梁運行是平安的，其中：高速公路和農村公路沒有四、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年年底前天津將根本消滅問題橋梁，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2023年3月20日公布?天津市城市道路橋梁設施保護規定?，并于2023年06月01日開始實施。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2023年天津重點橋梁安裝“身份編碼〞完善數字養管平臺。通過近5年的努力，天津市市政公路管理局橋梁養管措施為國內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，在本次社會實踐中，依然有些問題尚待解決，基于此，本報告中針對跨海河橋梁出現的問題有必要提出相關建議以作參考。橋梁養護方面問題一直是全世界關注的重點，特別是經濟條件較好的國家，各個國家根據橋梁環境狀況和經濟條件制訂了相關行業相應的防腐標準。如日本2001年制訂的?混凝土標準標準書〔維護管理篇〕?、2000年預應力混凝土技術協會制訂的?PC橋的提高耐用性手冊?及日本道路協會制訂的?鋼道路橋噴涂手冊?。中國1996年制訂的?鋼結構防腐涂裝工藝標準?，2023年交通部制訂的行業標準?公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件?等。從國內橋梁養護效果來看，有些橋梁養護效果不明顯，而且養護后結構防腐周期短，問題根本在于未準確“對癥下藥〞。因此針對天津地區橋梁環境條件及橋梁技術狀況，以下幾個養護措施可供參考。1、鋼材防腐蝕、防銹對策對于鋼材防腐蝕、防銹對策，各國標準均在耐久性設計中有一定介紹，如廖肇昌?鋼結構橋梁防蝕涂裝技術手冊介紹?中要求設計過程中必須有一定的鋼橋規劃及結構設計之防蝕考量，其中考量的因素應包括橋梁使用年限、橋梁設置地點之大氣腐蝕華景分類、橋梁特性、規模與施工方式、相關防蝕技術有效性、施工性與耐久性、維護管理方法、制度及生命周期本錢等。審慎使用耐候鋼材，曝露于嚴重腐蝕環境之鋼材，除采用適當防蝕方法保護外，其厚度亦應酌量增加，減少橋梁曝露在腐蝕環境下之外表積。綜合日本預應力混凝土技術協會制訂的?鋼-混組合橋設計施工規準?及?混凝土耐久性檢驗評定標準?(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-混凝土組合橋梁設計標準?[10]中要求一、二、三等橋梁或強、中等、弱腐蝕環境分別為30、20、15年。且鋼結構外外表總干涂膜厚度：海洋區、潮濕區或強腐蝕環境不小于280μm；枯燥區或中弱腐蝕環境不小于250μm，較弱腐蝕環境不小于225μm。而鋼箱梁構件內部，宜用耐久性強的環氧瀝青涂料涂裝，總的干膜厚度宜為200μm。對于橋梁加固方面，天津城建設計院有限公司張顯杰[11]等人專門對海河綜合開發工程開啟橋的修復與加固作了相關闡述和建議。交通運輸部公路科學研究院李健在作?公路橋梁檢測評定與加固成套技術?專題大會報告時，重點研究了公路橋梁常見病害及加固措施，提出了基于檢測結果的橋梁承載力評定方法體系，其中將質量狀況與耐久性參數檢測中依據材料性能與耐久性退化狀況調整承載力惡化系數、依據構件損傷程度調整截面折減系數，協同與依據橋梁技術狀況調整橋梁檢算系數，三者作為承載力評定中的結構抗力效應〔圖18〕。圖2.18基于檢測結果的橋梁承載力評定方法體系同時李健也根據一般加固原那么，如預防養護為主、不損傷原結構、加固技術可靠、施工操作方便、經濟合理、養護工作少、不影響交通并作荷載試驗，提出了相應的加固方法。根據目前常用加固方法，可分為主動加固和被動加固兩種類型，其中主動加固可使結構應力重分布、不僅改變強度還能改變結構剛度，這種方法一般適用于承載力明顯缺乏的情況。而被動加固應力分布變化不大，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〕，以供天津地區橋梁加固參考。圖2.19橋梁加固方法五、實踐結論1、本次社會實踐解決的問題和尚需解決的問題實踐中解決的問題：1)、本次社會實踐,通過將天津市區和濱海新區已建的近二十幾座橋梁進行耐久性調研，發現濱海新區橋梁運營期間主要存在有5大方面病害，而天津市區橋梁運營期間主要存在7大方面病害，最突出的問題為環境銹蝕。2)、天津市區和濱海新區已建橋梁運營期間存在這些病害的共性主要有設計剛度不匹配、焊接部位、排水部位及動力裝置部位等四大方面，而差異性主要存在兩方面問題，即天津市區橋梁下部結構受腐蝕程度低于濱海新區橋梁，而其上部結構受鹽類腐蝕比濱海新區的稍嚴重。3)、針對該市已建橋梁耐久性現狀，提出相應的一些提高耐久性措施的建議，并對出現結構嚴重耐久性問題提出相應的加固思路建議。實踐中尚需解決的問題:1)、由于本次社會實踐工作量大、任務重、時間緊，并出于平安性考慮，已建橋梁有些重要受力部位不能巡視。且社會實踐耐久性測定專業裝備有待于提高，比方氯離子含量、碳化深度、截面腐蝕率、混凝土強度測定等耐久性指標。建議在以后社會實踐中能與檢測單位合作，以提高專業化水平得到較為全面的結論。2)、本次社會實踐中出現問題最多的主要是銹蝕問題，無論是主要受力部位還是構造部位，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結構耐久性影響有待于進一步分析研究。2.實踐單位針對實踐成果的反響1)、中國建筑股份有限公司，作為全國建筑行業領軍單位，已成功向橋梁等公路領域進軍并取得可觀碩果。在本次社會實踐中，安陽道河橋工程部負責人對我們本次社會實踐給予了充分的信任，以積極的態度歡送本次社會實踐到安陽道河橋參觀學習，對參觀學習過程高度負責和并給予了大量幫助。對于團隊成員提出的問題均作耐心輔導，對本次社會實踐大家的積極性給予了充分肯定。2)、鐵道第三勘察設計院集團有限公司〔簡稱“鐵三院〞〕，作為國家甲級大型綜合設計院，參加了朔黃鐵路、京通鐵路、秦沈客運專線、京滬高速鐵路規劃研究、京九鐵路、兗石鐵路、邯濟鐵路、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計，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。在國內外有一定的影響力。在本次社會實踐活動中，橋梁處的技術負責人在我們進行橋梁測試的過程中提供了巨大幫助和支持，同時在數據處理上也給予了我們很有價值的意見和建議，并對我們的工作給予肯定。2)、天津市市政工程設計研究院，參加了津濱高速公路改擴建工程、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。本次社會實踐活動中，濱海分院橋梁組親切接見了團隊成員，并在會上進行了充分的技術交流，并對我們的未來職業規劃給予了一定的建議，對本次社會實踐工程給予了一定的支持和幫助，并充分肯定了本次社會實踐橋梁耐久性調研的必要性。3.需要進一步研究的問題1)、影響橋梁耐久性的因素較多，目前標準著重化學成分等環境因素限定，其他尚無統一全面的理論對不同地區橋梁進行限定。盡管相關地區亦作出橋梁耐久性規定，橋梁出現耐久性問題仍然突出，經濟投入高漲，基于結構性能設計耐久性標準尚需作進一步研究。2)、從前節相關病害可知，大局部橋梁出現的最多問題主要是銹蝕問題，無論是主要受力部位還是構造部位，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〔特別是動力荷載作用部位〕及構造部位的涂裝層的耐久性對結構耐久性影響有待于進一步分析研究。參考文獻1.中華人民共和國鐵道部.鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定(鐵建設[2023]157號)[S].2023.102.中華人民共和國交通部.海港工程混凝土結構防腐蝕技術標準(JTJ275-2000)[S].人民交通出版社,2001.93.中華人民共和國交通部.公路工程混凝土結構防腐蝕技術標準(JTG/TB07-01-2023)[S].北京:人民交通出版社,2023.94.山東省技術標準.混凝土結構耐久性設計規程(DBJ14-S6-2023)[S].2023.125.中華人民共和國住房和城鄉建設部.混凝土結構耐久性設計標準(GB/T50476-2023)[S].中國建筑工業出版社,2023.56.張振學.新型無推力空間鋼網拱橋理論分析與研究[D].河北工業大學博士學位論文.2023.67.天津建設管理委員會.天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設計規程(DB/T29-165-2023)[S].2023.108.聞寶聯，張紅衛，王春陽，李美丹.天津濱海地區鋼筋混凝土橋梁病害調查與耐久性設計[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應力混凝土橋涵設計標準(JTGD62-2023)[S].北京.202310.中國建筑科學研究院.混凝土耐久性檢驗評定標準(JGJ/T193-2023)[S].中國建筑工業出版社,2023.211.中華人民共和國住房和城鄉建設部.鋼-混凝土組合橋梁設計標準(GB50917-2023)[S].中國建筑工業出版社,2023.512.張顯杰,刁潤勝,張振學,韓振勇,井潤勝.海河綜合開發工程開啟橋的修復與加固[J].城市道橋與防洪,2023.9實踐團成員參加人員信息學號姓名性別人員類別〔教師、學生〕學位類型雷俊卿女教師教授13115288劉昊蘇男學生博士13115287桂成中男學生博士13120999陳安亮男學生學碩13121030胡春男學生學碩13125822張輝男學生專碩13125810王鴻飛女學生專碩12115288曹珊珊女學生博士12121199閆達男學生學碩10231085孟楠女學生學碩11231193游小鋒男學生本科11231243劉飛男學生本科11231258張武盛男學生本科2023暑期社會實踐經費使用情況序號工程費用1市外差旅費8372市內差旅費16593住宿費12944餐飲費17085辦公用品3276儀器快遞費165.5合計5990.5附錄〔體會、心得〕2023暑期社會實踐有感實踐團成員陳謙社會實踐總是聽起來讓人興奮地一個詞，今年幸運地參加了2104暑期社會實踐團，對天津市在建的新型鋼網拱橋施工技術及海河沿線既有橋梁耐久性檢測加固關鍵技術進行研究調查。剛到天津站，便奔赴本次社會實踐的第一站天津安陽河道橋的施工現場。驅車抵達天津濱海新區時已是中午時分，在工程施工方中建交通的工程師們的帶著下，社會實踐團隊深入施工現場了解安陽橋的施工流程和進度，并為我們詳細介紹了安陽橋的結構形式、技術特點以及在施工中面臨的難題。安陽橋主橋為無推力空間鋼網拱橋，主拱為雙軸對稱空間鋼網拱結構，主梁主跨為主次梁梁格結構，左右兩幅，橫梁間距8m，邊跨為整體正交異性鋼箱梁。安陽橋的設計方案中，主拱由14道獨立的小拱箱組成，小拱和拱間連接共同形成主拱，從而形成空間鋼網拱結構。在橋面以下，由于其截面變小，為鋼拱箱結構。拱箱和小拱的接觸段的構造處理，空間位置復雜的小拱箱，吊裝過程中各個拼接截面不同等問題都造成巨大的施工困難。社會實踐的第二局部是對海河沿線的橋梁進行調研，海河沿線橋梁橋型豐富，包括中承式全鋼結構拱橋直沽橋，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年全鋼結構可開啟的橋梁解放橋，也有于2023年建成的大沽橋。針對海河沿線各種具有代表性的橋型以及年代，社會實踐小組記錄各種橋型在運營過程中出現的病害，例如混凝土橋梁出現的裂縫，纜索支撐橋梁出現的吊索不同程度的腐蝕等，以此來評估這些橋梁的耐久性，并提出可行的養護維修加固建議。本次社會實踐接觸到屹立在天津海河之濱的十多座橋梁，感受到100多年來橋梁技術的開展進步和橋梁設計理念的革新，也目睹了橋梁在飽經歲月洗禮后出現的各種病害。面對日益繁重的交通量，橋梁作為道路交通的心臟，承載著開展的重任，我們也肩負著承重的使命。天津社會實踐總結實踐團成員張輝本次天津社會實踐的重要行程：沿海河流域調研已建橋梁情況和參觀調研安陽道跨海河大橋的施工建設。在沿海河流域調研已建橋梁情況的過程中，我們實地參觀了海河流域市區局部的局部橋梁。永樂橋：擁有世界唯一一座建在橋上的摩天輪；金湯橋：天津現存最早的大型鐵橋之一；大沽橋：獲得全球橋梁設計建造最高獎；金剛橋：像彩虹一樣的橋梁；進步橋：猶如一輛行駛中的火車；解放橋：一座可以開啟的橋梁，將機械設計和橋梁設計橋梁的結合在一起……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境融合在一塊，將橋梁美學運用的恰到好處，值得我們這些后生去思考，去領悟。參觀學習安陽道跨海河大橋的施工建設。在現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濱海新區中心商務區，是天津濱海新區跨海河的第一座重型鋼結構橋梁橋梁全長857米，主跨220米，總建筑面積近2萬平方米。其主橋采用輕巧獨特的鋼網組合拱結構形式，造型新穎獨特，結構受力非常復雜。現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順利拼接。我們也深刻體會到利用建筑信息模型〔BuildingInformationModeling〕來進行施工模擬和施工控制的重要性。另外一方面，作為設計方在進行設計工作的時候，在能實現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，一項工程的順利完成需要施工、設計等多方的溝通配合才能順利完成。通過交流學習，也更好了解到設計院、施工單位對畢業生的工作技能要求，如何將所學應用到生產實踐中是我們在校學生所要去思考的。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實踐活動。暑期社會實踐感想實踐團成員胡春這個暑假隨課題組去天津做了一次社會實踐，主要內容有以下幾局部：一、考察天津海河沿岸已建橋梁的結構以及維護情況，二、實地考察天津濱海新區在建橋新型鋼網拱橋的施工情況，并聽取工程負責人對工程進展以及工程難題的講解。這次社會實踐，感受頗多，學到了很多東西。對自己的學科也有了更深入的認識，特別是對復雜結構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。海河上的橋的造型和結構都不一樣，有連續梁橋，拱橋，斜拉橋，鋼桁架橋，以及混合結構的橋梁。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構類型。例如海河的赤峰橋，雖然是一座斜拉橋，但與常規獨塔斜拉橋不同，該橋為獨斜塔空間索面彎曲鋼箱梁橋面斜拉橋，它的特點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，經過研究論證，正是這三股斜拉索，保證了該橋的穩定性。我們社會實踐小組還一起到了天津濱海新區，考察新型鋼網拱橋天津安陽橋。由于安陽橋正在拱肋安裝中，我們有幸見到了施工關鍵技術中最難攻克的一關。工程負責人告訴我們，該橋設計時預留的平安系數略高于標準要求，施工時必須保證各個關鍵細節才能到達設計要求，這對現在的施工是一個極大挑戰。暑期社會實踐實習感悟實踐團成員張武盛今年暑假，為了使這個假期過得更加充實，覺得利用這次時機參加一項社會實踐活動，而最后我有幸跟隨雷老師團隊的從師兄師姐一起參加了此次的社會實踐活動，實習內容是新型鋼網拱橋施工及沿海既有橋梁耐久性檢測加固關鍵技術研究，地點是天津海河沿岸，調研對象是沿河上的各種外形結構各有特點的鋼橋。今年7月下旬，所有參加實踐活動的同學都集合前往本次的實習地點：天津。在接下來的幾天實踐中，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行了細致認真的考察和研究，重點針對的是各橋梁的結構特點以及已經出現或可能將會出現的病害，以及對這些病害的預防和修復加固措施的討論研究。在整個過程中，除了有帶隊師兄的全程指導和介紹，同學之前積極熱烈的討論和交流外，還有幸請到幾位與相關工程有關的工程師給我進行更加細致專業的講解，同時還從與各位專業人員的交流中獲得了很多對我們將來的學習和工作大有裨益的實際工程經驗。這次的實踐活動絕大局部時間都在戶外走動，同時還伴有炎熱的天氣，其帶來的對