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桥梁检测市场|90万座桥梁,危桥病桥占45%
更新时间:2021-04-10 17:51
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 据不完全统计,我国公路桥梁总数达73.53万座,各类铁路桥梁总数达18万座,已成为世界第一桥梁大国,但同时也进入了桥梁垮塌等安全事故高发期。目前我国公路路网中在役桥梁40%服役超20年,技术等级为三、四类的带病桥梁达30%15%的桥梁(约10万座)为危桥,存在严重的安全隐患。此外,由于我国高速铁路建设运营时间不长,运营阶段桥梁检测、评估、管养相关的技术和规范还很不完善,迫切需要研究相关技术,并研发相应的装备,以确保高速铁路的安全运营。


  实验室主任刘自明称,未来5年,该重点实验室将结合国家重大桥梁工程项目实践,并将特别关注高速铁路桥梁的安全运营和桥梁结构的动力安全,形成具有自主知识产权的桥梁健康与安全成套关键技术,提升产业自主创新能力和核心竞争力,形成该领域国内领先、国际一流的研发平台,为国家桥梁产业的可持续发展提供技术支撑和服务。


  揭牌仪式后举办了首届学术委员会第一次会议,中国工程院秦顺全、聂建国、杜彦良、欧进萍四位院士以及设计大师马庭林、武广客专有限责任公司总经理王志坚等十余名专家以及实验室相关负责人参加了会议。实验室主任刘自明为学术委员会主任、副主任以及各位委员正式颁发了聘书。随后刘自明就实验室的建设规划向学术委员会作了工作报告,学术委员会对工作报告、学术委员会工作条例等内容进行了审议并形成了决议。


一、为什么要建设桥梁结构健康与安全国家重点实验室?


  桥梁工程是陆路交通运输网络的关键节点,对国民经济的发展与社会生活的正常运行乃至国防安全的保障均发挥着关键性作用,因此桥梁工程被认定为生命线工程,在交通基础设施领域具有举足轻重的地位。


  据不完全统计,全国公路桥梁总数达73.53万座,其中特大桥数量达3075座,大桥67677座,小桥66.5万座,共3100万延米(以上数据尚不含城市桥梁);全国各类铁路桥梁总数达18万座,约44万孔(其中普通铁路桥梁有14万孔,高铁桥梁有近30万孔),总长880万延米;最近20年来,我国建造的桥梁数量比世界上任何国家都要多,我国已成为名副其实的桥梁大国。


  但是,近年来不断发生的桥梁垮塌事故,说明我国桥梁建设和运营管理方面存在不少问题,与世界发达国家也存在不小的差距,且安全事故的发生有加速趋势,已经进入安全事故高发期,桥梁安全形势十分严峻。


  除了引起人们高度关注的桥梁垮塌事故以外,我国在建和服役桥梁的健康状况也不容乐观,很多桥梁存在安全隐患。据不完全统计,目前我国公路路网中在役桥梁40%服役超20年,技术等级为三、四类的带病桥梁达30%,15%的桥梁(约10万座)为危桥,存在严重的安全隐患。


  在桥梁安全与健康领域建立国家重点实验室,开展相关科学问题的理论和应用研究,对保障我国桥梁的建设和运营安全、保护人民生命财产及社会公共财富、推动桥梁行业可持续性发展、提升产业自主创新能力和核心竞争力具有重大意义。


二、桥梁结构健康与安全重点实验室为什么落户中铁大桥局?


  有“中国建桥最多的企业”之称的中铁大桥局集团是集科学研究、工程设计、建筑施工、装备研发于一体的科技型企业,“风雨一甲子、彩虹两千座”,获得了300多项国家和省部级以上奖项,其中国家科技进步奖特等奖3项,一等奖6项,取得了315项国家专利,先后培育了中国科学院院士1名、中国工程院院士3名,全国勘察设计大师5名,国家级、省部级专家200余名。


  60年来,中铁大桥局在桥梁建设及健康与安全研究领域中一直处于领先地位,引领着中国桥梁事业的进步与发展:


  它推动了新中国桥梁结构形式的发展。首创了新中国桥梁的主要基础与上部结构形式,如采用连续钢桁梁的“万里长江第一桥”——武汉长江大桥,采用斜拉桥型式的天津永和桥,采用刚性桁柔性拱型式的九江长江大桥,采用预应力混凝土加劲梁悬索桥型式的汕头海湾大桥,采用三索面、三主桁斜拉桥型式的武汉天兴洲公铁两用长江大桥,采用三主桁桁架拱桥型式的南京大胜关长江大桥。


  它引领了新中国桥梁建造技术的发展。发明了适用于深水基础的双壁钢围堰施工技术,至今该技术仍是桥梁深水基础的主要施工方法。开创了钢桁梁整节段架设和钢桁梁多点连续同步顶推技术,引领了中国钢桁梁建造技术的发展方向。


  它引领了桥梁运营期安全与健康技术的发展。是国内最早开展桥梁结构健康监测技术研究的单位之一,拥有全国唯一一家以桥梁科学研究为主体的科学研究院,成立了国内首家“桥梁结构安全与健康”领域的省级重点实验室,搭建了国内技术领先的“桥梁结构安全与健康云计算数据中心”,推动了我国桥梁运营期健康与安全领域技术的进步和发展,并依托数千座重大桥梁工程的科研、设计、建造、检测及加固中积累的桥梁基础信息和科研数据,建立了庞大的桥梁病害特征数据库及桥梁健康监测数据库,为重点实验室的建设打下了坚实的基础。


  它推动了新中国桥梁新材料的发展。在承建的几座里程碑式工程中进行了新一代的桥梁用钢的研发,从南京长江大桥的16Mnq钢、九江长江大桥的15MnVNq钢、芜湖长江大桥的14MnNbq钢,到南京大胜关长江大桥的Q420qE钢,使国家桥梁规范中钢种强度提升到新的高度。


  中铁大桥局一直秉承“跨越天堑,超越自我”的企业精神,以“架桥铺路、造福人类”为己任,有志于将实验室建设成为聚集培养优秀科技人才、开展高水平科学研究和高层次国际学术交流、引领行业技术创新、促进产学研结合的重要基地,为解决桥梁健康与安全领域所面临的重大科学技术问题做出更大贡献。


三、桥梁结构健康与安全重点实验室的研究方向及主要研究内容有哪些?


  桥梁的健康和安全涉及设计、建造、检测、监测、管养及加固等方面,实验室从这条主线出发,并特别关注高速铁路桥梁的安全运营和桥梁结构的动力安全两个方向,主要从6个方向开展研究:


  1、超大跨度桥梁及桥梁结构全寿命周期设计理论研究


  当前桥梁技术迅猛发展,跨度不断超越,丰富和完善超大跨度桥梁设计理论和方法是当前世界桥梁科技发展的需求。开展桥梁结构全寿命周期健康设计理论研究,是桥梁健康与安全课题的基础性工作。


  ①超大跨度桥梁结构设计方法:桥梁构件和结构体系的可靠度分析方法,超大跨度桥梁结构型式。


  ②桥梁结构全寿命周期健康设计理论:桥梁结构全寿命健康设计理论和方法。


  ③桥梁新材料研究:超高性能混凝土及其在桥梁结构中的应用;纤维复合材料及其在桥梁结构中的应用。


  2、复杂环境下桥梁安全建造关键技术


  复杂环境下建造桥梁必然会遇到各种各样的难题,因此,针对复杂环境下在建、拟建或前瞻性的桥梁结构,进行超前研究是桥梁安全建造的前提和保证,总结归纳后研究内容如下:


  ①复杂环境下桥梁深水基础建造技术:大型沉井设计与施工新技术,大直径钢斜桩的施工技术,深水设置基础建造技术。


  ②海洋桥梁深水基础波浪力:波浪力理论、数值模拟和实时监测。


  ③桥梁施工专用大型装备研发。


  3、桥梁健康诊断评估及数字化养护


  准确地诊断评估结构的健康状况、科学地进行养护决策、避免桥梁出现安全风险、降低使用维护成本,是保障服役桥梁安全与健康需要解决的核心技术问题。服役桥梁的病害和缺损往往处于隐蔽部位,受交通荷载及环境的影响较大,劣化机理复杂,给桥梁安全和健康因素的检测、监测、识别和养护决策方面带来较大的难度,需要分别开展专项研究。


  ①结构损伤识别和寿命评估:荷载与环境耦合作用下混凝土构件的功能退化机理;腐蚀和交变应力共同作用下钢结构的功能退化及疲劳损伤机理;基于多学科交叉的桥梁结构损伤机理与评估理论。


  ②检测新技术与装备:桥梁结构内部隐蔽缺陷与损伤检测技术;桥梁外观图像识别检测技术;索结构损伤自动检测机器人;桥梁结构快速检测系统集成。


  ③基于物联网和云计算的桥梁健康监测及数字化养护技术:基于物联网的新型智能传感技术;基于大数据分析的健康状态预测和报警;桥梁安全云计算网络平台研发与应用;基于北斗卫星导航系统的桥梁监测系统;桥梁健康监测系统指南和标准;桥梁数字化养护技术。


  4、桥梁结构功能恢复及提升


  针对病害桥梁开展结构功能恢复及针对承载能力不足的桥梁进行功能提升,是维持及提升桥梁使用功能,预防和避免桥梁垮塌安全事故发生的必要手段,在资金效率最优的条件下,确保桥梁的使用安全,延长桥梁的使用寿命。大量既有桥梁存在各种不同病害,不仅需对大量常见病害处治技术进行研究,而且还需对特殊典型桥梁病害处治新技术进行深入研究。我国大型深水桥梁建设正逐渐增多,进行深水基础改造技术的研究是非常必要的。古旧文物类桥梁通常地处闹市中心,技术和环保要求都很高,在“修旧如旧”的总体要求下需要开展其功能恢复和提升技术研究。因此,结构功能恢复和提升是桥梁健康与安全的重要研究课题。


  ①桥梁功能恢复与提升新材料和新技术:桥梁结构加固高性能复合材料;桥梁结构加固关键技术。


  ②典型桥梁功能恢复:大跨度预应力混凝土连续体系结构下挠综合修复技术;基于刚度匹配的多重材料正交异性钢桥面板修复技术;城市桥梁快速修复成套技术;火灾致损桥梁评估及修复成套技术;文物桥梁修缮技术。


  ③既有铁路重载化与提速改造的桥梁功能提升技术:重载化改造典型桥梁承载力综合提升技术;既有铁路提速改造典型桥梁横向刚度增强技术;预应力加固系统静力及疲劳性能。


  5、高速铁路桥梁安全运营关键技术


  我国高速铁路运营里程数已跃居世界首位,高速铁路建设取得了举世瞩目的成就,但是,由于高速铁路桥梁数量众多、桥型多样、结构复杂,而我国高速铁路建设运营时间不长,运营阶段桥梁检测、评估、管养相关的技术和规范还很不完善,迫切需要建立高速铁路桥梁安全运营指标体系,制定管养相关的规范,研究高速铁路桥梁检测、管养、防护方面的技术,并研发相应的装备,以确保高速铁路的安全运营。


  ①高速铁路桥梁安全运营指标体系及养护标准:高速列车荷载作用下桥梁结构功能退化机理研究;高速铁路桥梁高应力构件及高强螺栓延迟断裂机理研究;高速铁路桥梁健康与安全运营指标评价体系;高速铁路桥梁检定与养护研究。


  ②高速铁路桥梁检测监测技术及装备:高速铁路桥梁静动力特性非接触检测监测技术;高速铁路路桥过渡段沉降监测技术;高速铁路桥梁伸缩缝及轨道伸缩调节装置监测技术;桥上轨道温变机理及变形监测技术;高速铁路异物侵入智能复合预警技术。


  ③高速铁路桥梁养护、快速修复技术及装备:高速铁路桥梁自动化养护及修复技术;高速铁路桥梁标准梁段的快速更换技术。


  6、桥梁结构防护及动力安全控制技术


  随着新材料、新工艺的应用,桥梁结构日益向高、大、轻、柔的方向发展,导致结构刚度与阻尼减小。桥梁结构在风、海浪、列车、地震等动力荷载作用下,会产生明显的振动。大幅振动轻则引起行车、行人不适,影响其使用功能,重则因过大响应的累积使桥梁结构产生疲劳损伤,乃至疲劳破坏,强烈的振动甚至会使桥梁结构动力失稳而导致垮塌。因此,为保证大跨度桥梁结构的健康与安全,必须对桥梁结构进行动力安全控制技术与装备的研究。我国桥梁基础遭遇船舶撞击的事故也多次发生,应研究新材料新构造的桥墩基础防撞装置,提高桥梁基础防撞效果。处于室外自然状态中的桥梁要经受各种恶劣气候的交替作用,加上大气污染物排放导致的酸雨等腐蚀因素,桥梁的防腐技术显得尤为重要。


   ①桥梁防护技术:桥梁防撞技术;桥梁防腐技术。


  ②桥梁结构动力安全控制技术:被动、半主动及主动控制方法及效率的比较研究;桥梁结构动力安全控制多目标参数优化方法;时变桥梁结构高效振动控制系统的鲁棒控制策略。


  ③桥梁结构动力安全控制装备:超低频调谐式减振器;主动、半主动及智能鲁棒控制器与作动器;高承载力与多功能耐久抗震装备。


四、什么是国家重点实验室?


  国家重点实验室是依托法人单位建设、具有相对独立的人事权和财务权的科研实体,作为国家科技创新体系的重要组成部分,是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科学家、开展高层次学术交流的重要基地,实验室实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制。在科学前沿的探索中具有创新思想;或满足国民经济、社会发展及国家安全需求,在重大关键技术创新和系统集成方面成果突出;或积累基本科学数据、资料和信息,并提供共享服务,为国家宏观决策提供科学依据。


  国家重点实验室计划于1984年由国家计委制定开始实施,1998年交给科技部。截至2008年上半年,国家重点实验室共计220个,覆盖了中国基础研究和应用基础研究的大部分学科领域。

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