震后交通基础设施重建技术系列指南之五.docx
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震后交通基础设施重建技术系列指南之五
震后交通基础设施重建技术系列指南之五
美国肯塔基州
震后公路桥梁性能快速评估手册
1概述
桥梁工程是重要的生命线工程。
本文是震后公路桥梁性能快速评估的指南,指南以不同的损坏水准来评价桥梁结构的性能。
对结构的安全性和可用性进行快速评价是恢复生命线工程的关键。
指南通过对不同桥梁采取不同的应对措施(如“完全开放”,“小心驾驶”,“限速通行”,“救援车辆通行”,“关闭”)来确保行车和行人的安全;并以不同颜色标识不同应对措施,区分结构的危险等级,绿色代表结构的损伤很小,蓝色代表结构受到轻度损伤,黄色代表结构受到较大损伤,橙色代表结构损伤严重,红色代表结构损伤极为严重甚至倒塌。
通过这种方法,可快速的评估桥梁性能,为紧急救援和灾后重建提供必要信息。
本指南主要面向各地交通系统的、可迅速到达现场的一线工作人员,主要依据是:
(1)震后桥梁工程师不能立即到现场做出专业评估;
(2)严重受损的桥梁在余震、汽车、自重等作用下可能会加重损坏状况,因此需要进行持续不断的观察。
本指南可作为现场的作业手册,为公路桥梁震后的性能详细评估提供参考。
2震后桥梁性能快速评估流程
本指南主要面向各地交通系统的、地震后可迅速到现场的一线工作人员,以表观损伤检查为主。
检查目的是评定桥梁结构的安全等级,共分为以下五种:
●绿色完全开放
●蓝色小心驾驶
●黄色限速通行
●橙色桥梁关闭,只限救援车辆通行
●红色关闭
检查表格以电子版的方式填写,由专家系统给出评估结果及建议措施。
随后由专业桥梁工程师进行的专业检查和修复加固工作,可根据这些表格信息制订优先级顺序。
2.1准备工作
现场检查前的准备工作包括:
(1)当地主管部门检查本区桥梁在震区的分布情况
(2)挑出危桥
(3)收集其它可能会威胁到检查人员安全的信息
该阶段可采用航拍图片、各地一手资料等信息。
准备阶段的工作要做好做细,以便把检查组有效的分配至安全区域。
必须要明确的一点是,重要交通要道上的桥梁结构性能要首先评估。
重要交通要道是指连接医院、学校、电站、电信信号基站、城市等的公路路线。
2.2现场检查
现场检查工作要求每个检查组至少配备两个人,主要检查震后桥梁的结构性能和场地地质条件。
检查组要检查桥梁结构的所有重要构件,并填写到电子表格中。
专家系统根据每个重要构件的损伤等级(“无损”,“轻度”,“中度”,“严重”),评价桥梁结构的整体性能,提出建议措施。
当桥梁有多跨时,每跨的材料(混凝土、钢结构、木结构)和类型不一致时,专家系统对每跨进行单独分析,评估结果取各跨的最不利情况。
当桥梁结构评定为绿色时,桥梁正常通行,“桥梁开放”标志用来告知所有车辆和行人该桥安全。
当桥梁结构评定为蓝色时,该桥会标上“小心驾驶”的标志,并且需要进行进一步的养护评估。
当桥梁结构评定为“黄色”时,该桥会标上“限速通行”标志,并且需要桥梁工程师来进行进一步的评估。
检查组要告知当地的交通管理部门,由于桥梁损伤,车祸事件可能随时发生。
应在此桥设置路障,以限制车流的速度。
当桥梁结构评定为“橘色”时,该桥会标上“桥梁关闭,救援车辆通行”标志,并且需要桥梁结构工程师来进行下一步的评估。
该标志表示由于桥梁损伤,此桥发生车祸事件的危险很高,并且会威胁到人员的生命安全。
该桥对所有非紧急救援车一律关闭。
紧急救援车辆过桥时要限速通行。
检查组要联系当地的交通管理部门进行交通管制,并与养护人员联系采取一些临时的支承来保护结构安全。
当桥梁结构评定为“红色”时,该桥会标上“桥梁关闭”标志,并且需要桥梁工程师进行随后的详细评估。
检查组要联系当地交通管理部门阻断交通,设置临时的路障,同时通知上级部门桥梁关闭情况。
当桥梁评定为“红色”时,随后要由专家组进行专业评估。
检查组的判断对桥梁结构的整体性能,以及不可预测的损伤非常重要。
检查组可不采用专家系统的评定结果,在电子表格的备注栏中填写他们的发现、意见。
检查表格对加固评估、紧急支承、修补都大有帮助。
所有建议都要及时与各部门进行沟通、协调。
在检查过程中,若发现较大的震害,如电线杆倒塌、交通限制仪器损坏、路障破坏等,当地政府部门要及时赶到并进行相应处理。
2.3后续工作
所有标有“蓝色”的桥梁需要养护人员去解除或修复桥梁的损坏。
所有标有“黄色”、“橘色”、“红色”的桥梁在随后的几天之内由起码一个桥梁专业工程师进行深入评估。
检查组要对受灾区域内的桥梁进行更为详细的评估,并挑出先前检查中需要进行进一步观测的桥梁结构。
随后的检查工作一般要在稍强的余震后进行,因为强余震有可能会进一步损坏桥梁,因此需要更严格的限行措施。
严重受损的桥梁在余震、汽车、自重等作用下可能会加重损坏状况,因此需要进行持续不断的观察。
基础、桩和承台的损伤无法通过快速的表观检查进行评估,如果需要,则需进行发掘工作,本指南本着快速评估的原则,不包括本部分内容。
3装备
一个成功的震后检查取决于准备、组织、协调、沟通和合作等环节。
震后公路交通系统处在危险的一线,首先要确保检查组的安全。
检查组至少要包括两个人,而且对检查路线要熟悉。
下面列出了检查组所需的一些仪器。
●收音机
●手机(充电器、多块电池)
●登山器具
●检查手册和至少20份检查表格;或电脑
●草纸、铅笔、录音机
●手电
●相机或摄像机
●靴子
●小被毯
●雨具
●手套
●紧急药品
●打火机
●小铁铲
●小刀
●绳梯
●铅锤
●指南针
●标尺,检查裂缝宽度和深度
●螺丝起子
●钳子
●扳手
●简易路障
●限速标志
●“路线关闭”标志
●绿色、蓝色、黄色、橘色、红色张贴标志
4现场检查
4.1总则
公路桥梁结构主要由以下部分组成:
护坡、主跨、桥面、桥台、支座、桥墩等。
任何两座桥梁的结构型式和组成都不可能完全一致,有的桥梁则可能没有以上所提的所有构件。
图一为桥梁结构的主要构件组成。
图1桥梁主要构件组成示意图
4.2出发前准备工作
●检查桥梁类型和桥址
●备齐检查仪器和必要装备
●分配任务具体到人
●如果救援需要,检查组要随时在桥梁附近待命
4.3现场作业
●检查人员姓名
●桥梁基本信息
●对全桥进行表观检查,关注
Ø护坡损坏情况
Ø混凝土梁、钢梁损坏情况
Ø桥面损坏
Ø支座破坏
Ø桥墩损坏
●在对桥梁整体结构性能进行评定之前,勿行走或驾车过桥下或桥上
●过桥上或桥下时应加倍小心,因为余震可能会导致桥梁损伤加重甚至倒塌
●检查组队员之间要保持一定距离,并且不要同时在桥下作业
●如果桥梁已经完全倒塌或完全丧失功能,则立即在桥边显著位置张贴上“红色”标志,检查组无需进一步检查
●逐项检查“检查表格”中的各个部件
●对每个结构构件进行详细的损伤分级
Ø无损
Ø轻度
Ø中度
Ø严重
●对某项内容无法确定时,与本组其它队员进行协商
●填写检查表格,提出修复建议措施,并张贴桥梁性能等级(绿色,蓝色,黄色,橙色,红色)标志
●通知当地交通管理部门进行必要的限速、限行和设置路障等
●对所检查桥梁进行拍照
●对照片进行分类、命名,明确损伤类型、方向和位置
●若允许,可对破损情况进行摄像,记录检查队员的评述
●对桥梁结构进行评定,张贴评定标志(绿色,蓝色,黄色,橙色,红色)
●对检查表格给出的建议采取应对措施
4.4桥梁
在公路桥梁中,桥梁类型众多,常见梁桥类型如下所示。
图2预制混凝土连续I梁
图3预制混凝土简支T梁
图4现浇混凝土箱梁
4.5护坡损坏
在最近的国内外地震中,桥梁结构的护坡主要受到桥头搭板、沉降、侧移等震害。
当竖向或横向的变位超过30厘米时,对车辆可能会造成较大的破坏,故认为在此条件下,属于严重破坏。
当竖向或横向的变位在15厘米到30厘米之间时,可定为中度破坏;当变位小于15厘米时,定为轻度破坏(桥头搭板的剥落和开裂在中震时即可能发生)。
图5轻度破坏(桥台下护坡斜对角开裂)
图6轻度破坏(桥头搭板变形)
图7中度破坏(引路路堤沉降)
图8严重破坏(断层导致车道破损)
4.6混凝土桥跨破坏
混凝土梁主要观察裂缝和混凝土的剥落情况。
同时也要关注主梁的过大变形问题,因为主梁发生过大的变形时,说明主筋已经屈服或者预应力刚束已经无法满足承载能力要求。
对混凝土结构,检查员要拿锤子敲击截面顶端,以检测截面状况:
高分贝回响说明混凝土截面完好,而低沉的回响则说明截面内部可能有裂缝。
支座系统主要检查裂缝、混凝土剥落等情况。
主梁要关注其移位情况。
图9轻度破坏(主梁支点附近开始有剪切裂缝)
图10中度破坏(盖梁破坏)
图11中度破坏(混凝土箱梁上的弯曲裂缝)
图12严重破坏(局部倒塌)
图13完全失效(简支梁桥)
4.7钢桥破坏
钢桥相对混凝土桥来说,其破坏较难发现。
钢桥需要检查重要构件的局部屈曲和上下弦或斜杆的损坏情况。
图14轻度破坏(斜撑屈曲)
图15轻度破坏(锚栓脱落)
图16中度破坏
图17严重破坏(钢梁屈曲)
图18完全失效
4.8桥面破坏
通过桥面可以判断桥梁结构的受力、变形情况。
桥面混凝土剥落、伸缩缝处的大变形、桥跨的过大变形一般表示结构内部有损伤。
纵缝的变形一般表示墩顶的位移也较大。
斜度较大的斜弯桥一般会受到垂直桥跨的变形,并会导致栏杆、路缘石混凝土的剥落,甚至导致栏杆的损坏。
一般来说,这一类破坏不是严重的结构破坏,但会威胁到行车的安全。
图19轻度破坏(沿着桥面中心线近8厘米侧移)
图20轻度破坏(栏杆压塌)
图21中度破坏(支座垫石失效,铰接点压碎)
图22严重破坏(桥面破裂)
图23严重破坏(桥面剪切失效)
4.9桥台破坏
地震中纵向变形可能会导致背挡墙的破坏。
一般来说,这种破坏是允许的,因为挡墙一般被设计成“保险丝单元”,从而起到保护支承桩的作用。
。
横向变形则会导致翼墙和桥台剪切键的破坏。
填土墙、护坡失效、液化、龟裂、桥台基础不均匀沉降等一般是由于基础变位或破坏所导致。
图24轻度破坏(桥台背挡墙和翼墙的剪切裂缝)
图25轻度破坏(中间剪切键破坏和桥台的纵向变位)
图26中度破坏(桥台纵向变位)
图27严重破坏(基础变形,桥台承台的纵向变形和扭转)
图28完全失效(剪切键失效导致落梁)
4.10支座破坏
地震中,桥梁结构各个节点间的连接构件是最薄弱的环节。
桥台和墩上的支座常见震害有:
支座系统的倾覆、螺栓剪坏或松动、剪切固定板的变形等。
同时,需要检查支座的支承宽度。
摆柱式支座有可能会受到较大的竖向变形破坏,,15厘米到30厘米的变形视为中度破坏;超过30厘米则视为严重破坏。
图29无损(温度作用下摆柱式支座的变形)
图30无损(温度荷载下橡胶支座变形)
图31轻度破坏(钢支座破坏,裂缝)
图32轻度破坏(跨中铰接点的撞击)
图33中度破坏(支座系统破坏,螺栓拔出)
图34中度破坏(锚固螺栓剪坏)
图35严重破坏(钢梁相对支座支承移位)
图36完全失效(落梁)
图37完全失效(墩上上部结构移位)
4.11桥墩破坏
桥墩震后可能会有弯曲裂缝和剪切裂缝。
当裂缝只在表面,而且混凝土的剥落只在局部时,可视为轻度破坏;当大片混凝土剥落,且裂缝延伸至混凝土核心区(箍筋包围区),可视为中度破坏或严重破坏,此时结构需要进行临时支撑。
我国旧桥桥墩的配筋情况无法保证结构具有足够的延性,因此中度破坏和严重破坏之间的界限并不明显。
当裂缝为斜裂缝时(剪切裂纹),则可先视为严重破坏,等随后的深入调查再行确认。
主筋的屈曲也同样视为严重破坏。
墩顶需要检查墩与盖梁的节点处破坏情况;墩底需要检测土层的移位、液化、龟裂、不均匀沉降等震害现象,因为这些震害有可能是地基的移位,从而造成承台的破坏。
图38无损
图39轻度破坏(剪切破坏)
图40轻度破坏(墩底混凝土保护层的剪切裂纹)
图41轻度破坏(桥墩通长扭转/剪切裂缝)
图42中度破坏(桥墩剪切破坏)
图43严重破坏
图44严重破坏(桥墩剪切破坏)
图45完全失效
图46完全失效
图47完全失效(约束失效)
5震后桥梁检查表
检测员名单:
时间:
桥梁信息
GPS定位(经纬度):
桥梁代码:
路线:
桥位桩号:
下穿通道名:
结构类型
□混凝土拱桥
□钢拱桥
□钢箱梁桥
□钢I型梁桥
□钢桁架桥
□现浇混凝土梁桥
□预制混凝土实心板
□预制混凝土空心板
□涵洞
□未知
□其它
支座类型
□摆柱式
□辊轴式活动
□滚动
□固定
□板式橡胶支座
□盆式橡胶支座
□未知
□其它
注:
对多跨桥梁记录损坏最严重的桥跨,尽可能完成下表的所有选项检查工作。
无损
轻度
中度
严重
护坡/路堤
桥头搭板
□
□
□
□
沉降
□
□
□
□
侧移
□
□
□
□
混凝土梁
弯曲裂缝
□
□
□
□
剪切裂缝
□
□
□
□
支承/支座的混凝土剥落
□
□
□
□
钢梁
局部屈曲
□
□
□
□
斜杆/上下弦
□
□
□
□
节点
□
□
□
□
桥面
纵缝位移
□
□
□
□
伸缩缝位移
□
□
□
□
栏杆
□
□
□
□
桥面开裂/剥落
□
□
□
□
桥台
背挡墙变位
□
□
□
□
翼墙变位
□
□
□
□
弯曲/剪切裂缝
□
□
□
□
基础变位
□
□
□
□
支座
倾覆破坏
□
□
□
□
拔出破坏
□
□
□
□
约束破坏
□
□
□
□
桥墩
弯曲裂缝
□
□
□
□
剪切裂缝
□
□
□
□
桥墩-盖梁节点破坏
□
□
□
□
基础移位
□
□
□
□
局部屈曲
□
□
□
□
建议措施
□低:
安全。
□警戒:
小心驾驶。
□中级:
由于桥梁破坏,对行车造成很大安全隐患。
限速行车。
□高级:
由于桥梁破坏,对行车和行人等造成很大安全隐患。
对非紧急救援车辆关闭。
紧急救援车辆限速过桥。
根据实际状况决定是否采取临时支承。
□严重:
桥梁关闭。
张贴标志
□绿色:
张贴“完全开放”标志
□蓝色:
张贴“小心驾驶”标志。
□黄色:
张贴“限速通行”标志,并需要桥梁结构工程师做进一步评估。
□橘色:
张贴“桥梁关闭,救援车辆限速通行”标志,并需要桥梁结构工程师做进一步评估。
□红色:
张贴“桥梁关闭”标志,并需要桥梁结构工程师做进一步评估。
备注
6震后桥梁检查张贴标志
震后桥梁检查张贴标志
绿色
桥梁开放
检查员姓名:
单位:
日期:
时间:
路线:
路线等级:
GPS坐标:
桥位桩号:
下行通道:
备注:
震后桥梁检查张贴标志
蓝色
小心驾驶
检查员姓名:
单位:
日期:
时间:
路线:
路线等级:
GPS坐标:
桥位桩号:
下行通道:
备注:
震后桥梁检查张贴标志
黄色
限速通行
检查员姓名:
单位:
日期:
时间:
路线:
路线等级:
GPS坐标:
桥位桩号:
下行通道:
备注:
震后桥梁检查张贴标志
橘色
桥梁关闭
紧急救援车辆
限速通行
检查员姓名:
单位:
日期:
时间:
路线:
路线等级:
GPS坐标:
桥位桩号:
下行通道:
备注:
震后桥梁检查张贴标志
红色
桥梁关闭
检查员姓名:
单位:
日期:
时间:
路线:
路线等级:
GPS坐标:
桥位桩号:
下行通道:
备注:
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