8月11日下午,中铁大桥科学研究院有限公司(简称“桥科院”)副总经理吴海涛、健康监测研究中心主任叶仲韬、计划经营开发部副部长蔡雄庭、减隔震事业部副部长刘鹏飞、健康监测研究中心副主任胡俊亮、桥科院科协周尚猛一行到我院开展技术交流座谈会,座谈会主题围绕桥梁健康监测技术、桥梁阻尼器减振技术及超高性能混凝土在大跨径桥梁上的应用三个主题进行。我院副总工程师吕业锋、工程技术研究中心主任李栋、桥隧与地下空间分院副总工程师邱学焦、工程技术研究中心副总工程师黄向平、桥梁设计所副所长黄政、工程技术研究所副所长李东洋及相关专业设计师,以及珠海市公路事务中心、珠海市桥隧养护中心、华发集团等政府部门与业主单位共计40余人参加了本次会议。
图1 座谈会照片
本次技术交流旨在更好地了解桥梁健康监测技术在实际工程中的应用情况,桥梁阻尼器减振技术发展及应用现状,以及超高性能混凝土在大跨径桥梁上的应用研究现状,加强相关行业的技术交流,总结并分享案例经验。
会议开始,吕业锋简要介绍了我院发展现状,并分别介绍了桥隧与地下空间分院及工程技术研究中心两个部门情况。
吴海涛简要介绍了桥科院发展现状,桥科院成立于1959年,是中国唯一以桥梁科研为主业的国家高新技术企业,负责桥梁结构健康与安全国家重点实验室的运营。60年来,开展了3000余项科研项目,获得了16项国家科技奖项,拥有100余项国家专利和2项国际专利授权,获得40余项软件著作权。桥科院在国内外上千座重大桥梁工程建设过程中,开展了大量基础试验研究,推动了新材料新产品、新技术、新工艺的研发和在工程上的广泛应用。
本次会议围绕桥梁健康监测技术、桥梁阻尼器减振技术及超高性能混凝土在大跨径桥梁上的应用共做了三项技术报告,针对主题内容进行了深入交流,分享结束后大家展开了积极讨论,开展了问答环节,最后会议在大家热烈的掌声中圆满结束。
一、超高性能混凝土在大跨径桥梁上的应用研究
周尚猛介绍超高性能混凝土(简称UHPC)在大跨径桥梁上的应用研究,相比传统混凝土,UHPC具有超高的力学性能,良好的工作性能,超高的耐久性能,体积稳定性能好,抗疲劳性能良好,详见图2。随后从铺装病害、铺装方案、业绩介绍、施工工艺方面介绍了超高性能混凝土钢桥面铺装技术,对钢桥面疲劳开裂和铺装层损坏出现的原因进行了剖析,并举钢结构路桥为例,说明了铺装病害产生的原因:钢桥面太柔;桥梁超载严重,应力循环次数多,构造细节应力影响线短且应力幅过大;采用传统沥青体系,钢桥面板表面光滑,与铺装层粘结力不足;钢结构通常5年就会产生疲劳开裂等。并通过展示对材料层面即UHPC材料研究、构件层面即复合结构构件力学性能研究,并对足尺寸模型进行试验验证,给出了UHPC铺装解决方案(详见图3),形象的展示了UHPC在实际工程中的应用,研究成果紧密联系实际,在实际工程中充分发挥UHPC材料的优势,不断优化工程结构,从而解决钢桥面疲劳开裂和铺装层损坏两大技术难题。
图2 UHPC材料特性
图3 UHPC铺装解决方案
通常情况下UHPC存在干燥收缩和需要高温蒸养的弊端,桥科院经过大量技术攻关研发出具有低收缩、免蒸养特性的UHPC材料,使施工过程更为便捷高效,为UHPC在实际工程中的广泛应用打了坚实的基础。目前该UHPC已在公路桥面、铁路桥面、维修加固等实际工程中得以应用。
最后,周尚猛介绍了UHPC的施工工艺流程,即桥面清理除锈、焊接剪力钉、防腐涂装、绑扎钢筋网、模板安装、浇筑UHPC、养护及沥青施工七个步骤;简要介绍了薄层UHPC对普通混凝土桥面综合能力提升等相关前沿科研工作,使用UHPC薄层面罩后桥面的受力能力及防腐能力得到进一步提升。
二、桥梁阻尼器减振技术及应用
刘鹏飞主要从调谐式阻尼技术及应用和斜拉(吊)索阻尼减振技术及应用两个方向介绍了桥梁阻尼器减振技术。
(1)调谐式阻尼技术及应用
协调质量阻尼器TMD由质块、弹簧与阻尼系统组成,可将结果振动频率调整至主结构频率附近,改变结构共振特性,减少在外力作用下基本结构构件的耗能要求值,以达到减震目的,其基本原理与示意简图如图4和图5所示。
图4 阻尼减振原理
图5 TMD阻尼器简图
ETMD为复摆-弹簧结构,可通过弹簧刚度、活动质量和弹簧在摆杆上位置的变化调节阻尼器频率,实现了阻尼器频率连续可调。电涡流阻尼形式则通过改变永磁铁与涡流板间距实现了阻尼连续精确可调。
结合TMD和TLD的优势,桥科院研发了调谐液体质量阻尼器TLMD。TLMD利用活动质量运动时与液体之间存在流固耦合作用,液体可以提供附加质量阻尼器,并为弹簧和质量块提供防腐环境,相同质量对比下,TLMD可以提供更高的阻尼比,有效提高了阻尼器的减振效率和耐久性能,目前该阻尼器在部分城市景区人行天桥已获应用。
图6 TLMD阻尼器简图
图7 不同城市人行天桥TLMD的应用情况
(2)斜拉(吊)索阻尼减振技术及应用
斜拉索由于自身柔度大、阻尼小导致其大幅震动,传统拉索减振方法影响桥梁的美观且养护相对困难,索-LMD有效解决了上述不足,而且其隐蔽性较好,安装在桥面上方便养护。桥科院于九十年代展开对TMD和TLD的研究,目前已研发斜拉索阻尼器系列、抗震黏滞阻尼器(速度锁定器)及调谐式阻尼器系列等阻尼器产品,而且可以根据不同项目需求进行专业定制。
图8 索-LMD 力学简化模型
图9 索-LMD 的应用
三、桥梁健康监测技术与工程应用
胡俊亮针对桥梁健康监测技术与工程应用,从系统基本构成、基本建设流程与要点、系统关键技术、工程应用与价值体系和趋势、问题与展望展开交流。
桥梁健康监测是通过结合先进的自动化监测技术、信息化技术以及结构安全评估和智能辅助决策等技术,全面掌控桥梁运营环境及结构技术状况,为桥梁运营期内的科学化、信息化管养提供技术支撑,提高大桥管养工作效率等。桥梁健康监测系统基本构成分为系统层次、单桥系统构成、集群平台构成三个部分。基本建设流程与要点为:硬件设备采购与测试+软件开发与测试→软硬件安装与联合调试→系统试运行及验收+维护服务。胡俊亮以鹦鹉洲长江大桥涡激振动、阳逻长江大桥船舶撞击、城市高架桥伸缩缝堵塞(伸缩缝性能报警)、空心板梁桥单板受力(横向链接性能异常)等为例阐述了桥梁健康监测对桥梁管养维护和结构安全的重要性,桥梁健康监测系统不仅能够提高管养效率,提升管理科技品质与质量,进一步可加强桥梁抗灾应急能力,为城市基础设施智慧管养提高有力的工具。
四、会议总结
通过本次技术交流座谈会,进一步加深我院对桥梁健康监测技术、桥梁阻尼器减振技术、超高性能混凝土在大跨径桥梁上应用研究的了解,会议期间与会者进行了热烈的讨论,也提出了一些技术问题,桥科院专家均进行了详细答疑,解决了大家在工作中的疑惑,受益匪浅,座谈会达到了预期效果,取得圆满成功。
随着珠海大量的城市桥梁进入管养期,桥梁管养和运营压力逐年增加,发展智慧管养技术是城市桥梁群管养的必然趋势,我院发展桥梁健康监测领域的业务适逢其时,预期工程设计和健康监测业务相辅相成,相互促进、共同发展。