本帖最后由 Nino 于 2023-3-1 08:49 编辑
破解澳大利亚无缝桥技术发展的“钥匙”
交通基础设施对任何国家的经济来说都至关重要。在澳大利亚，由于大部分生产企业都散落在各个城镇，都需要借助庞大的公路、桥梁网络，将其产品运输到最近的港口。所以，在澳大利亚有超过81万公里的公路为国民经济提供服务，同时拥有大约53000座桥梁。
图1 人均道路密度(公里)
澳大利亚的大多数桥梁都是短跨度桥梁，有伸缩缝的桥梁占比很小，大部分桥梁都是无缝桥梁。其使用寿命在50%左右，与设计时相比，桥梁需要承受更重的载荷。
近年来，大多数新建的公路和高速公路桥梁都采用整体式桥台，由于这些桥梁的利用率相当低，政府必须找到一些经济的方法来对这些桥梁进行可持续管理。
除大型重要的桥梁，如悉尼港湾大桥以外，大部分桥梁都是短跨径的无缝桥梁。以下是一些典型的无缝桥梁结构，这些无缝桥遍布在澳大利亚的各个地方。
图2 澳大利亚的一些无缝桥实例
其实，这类中小跨径的无缝桥梁利用率不高，但如果没有它们，可能就会造成澳大利亚的经济发展出现停滞。
无缝桥面临的最新挑战
在1955年至1976年，桥梁设计时参照的车辆荷载等级为H20-S16，重量约33吨。而2017年时的设计标准则为SM1600，重量达到了144吨。但如何在老旧桥梁上管理重载？这是现在澳大利亚面临的新挑战之一。
中小跨径、整体式桥台无缝桥梁需要现代化的高效施工方法。例如预制构件，可以利用标准化、程序化的解决方案。尤其在整体式桥梁设计中，澳大利亚的桥梁设计标准参考了英国《道路和桥梁设计手册》（BA42/96）中的建议，以及美国相关规范中的设计实践，将桥面上的连接最小化处理。
整体式桥梁由于没有桥面伸缩缝，如果设计得当，其优点包括改善骑行路面、减少桥面接缝的维护费用、消除桥面接缝处漏水的问题、降低初始的桥梁建设成本等。
在桥梁技术说明BTN 010中，还对整体式和半整体式桥梁的桥台设计进行了规定。当地面条件不适合做整体式桥梁时，可以采用这种形式。在这两种情况下，上部结构中的水平力通过与上部结构连续的横隔板/梁传递到桥台上。
为了尽可能地设计出更多无缝桥，还需要研究支座和桥面板之间的连接功能。
支座的功能是提供一种特殊的连接，以控制结构各部分之间的荷载和运动的相互作用，通常是在上部结构和下部结构之间。
桥面接缝的功能是为桥面各部分之间或桥面与基座之间的永久性开口提供一个可通行的表面，这种开口的宽度随环境影响、荷载和运动而变化。
公路桥的桥面接缝的数量应尽量减少。这一要求的目的是提高行驶质量、降低维护成本，并且消除对潜在危险和后期昂贵的检查费用。
在一些新建桥梁项目上，维多利亚州交通部要求：如果满足设计要求，必须按以下顺序考虑——整体式桥梁、半整体式桥梁、尽量减少桥面活动连接点和支座数量的其他桥梁形式。
同时，整体式桥台后端面之间的总长度，对于混凝土梁来说，不得超过70米；对于钢梁，则不得超过55米；而且在任何情况下，每个桥台的热膨胀都不得超过+/-20毫米。整体式和半整体式桥梁只允许用于倾斜度不超过30度的直桥和弯桥。包括上部结构、下部结构，以及连接处在内的结构，都必须检查其由于蠕变、收缩、温度、差异沉降和地震效应引起的应力。
桥墩及承台必须具有足够的灵活性，以允许桥梁运动而不受到明显的限制，但又有足够的刚度来限制沉降。而且，必须考虑到检查、维护和更换桥梁部件的无障碍性。
除此之外，维多利亚州交通部有义务提供安全的工作场所，设计者有义务在合理可行的范围内确保他们设计的结构是安全的，不会对工人的健康造成威胁。出于这个原因，在适当的情况下，整体式和半整体式结构是最可取的结构形式。
尽可能有效地维护桥梁
由于澳大利亚没有太多新建桥梁，因此，桥梁维护是澳大利亚的一个热门话题，也可能是目前西方世界大多数国家的热门话题。关注的重点是如何尽可能有效地维护老旧桥梁。
图3 更换接缝
世界范围内普遍存在的现象是，没有足够的资源用于桥梁的检查和维护。澳大利亚的所有桥梁中，大部分桥梁都有60年以上的历史。不管人们愿不愿意，老旧的桥梁都是定时炸弹。因此，为桥梁的维护管理提供足够的资源是至关重要的。
目前的检查和维护方式是实地检查桥梁，收集照片和各种缺陷的状况评级。但这样的方法难以对桥梁的问题进行有效沟通，特别是关于哪座桥，哪个位置，问题是什么。而且，没有关于缺陷演变的历史记录，成本也较高。一些现在的检测手段也只是一个满足审计师要求的工具，在桥梁健康监测中发挥不了真正的作用。
因此，需要一种创新的解决方案，可以在云计算中直接查看缺陷的位置和缺陷的范围，以实现设计师、检查员和现场工作人员之间的高度协作。并且能清楚地了解缺陷如何随时间演变，价格低廉，使用方便。例如，借助照片来创建桥梁的3D数字孪生模型，使用照片来检测问题，并将照片转换为可操作的维护记录，数据可显示在仪表盘上。也就是说，借助AI的力量维护现有的交通基础设施。自动检测恶化的区域、识别关键缺陷、建议优先级和风险评估、定制警报和报告。
图4 自动检查老化区域
在与Al工具的互动过程中，可以添加额外的照片。进入应用程序，将照片添加到各自的桥梁资产管理中，或者将照片发到资产ID的电子邮箱中。如果一旦缺陷得到纠正，会自动更新报告；缺陷维护完成后，只需将照片发到相应的资产ID上，自动记录维护信息。
尽管无缝桥梁对中国、印度和许多亚洲国家来说是相对新的事物，但在1930年-1960年间，澳大利亚已经建造了数千座无缝桥。澳大利亚的标准和交通部的各种技术公告都支持无缝桥梁。政府应在妥善维修桥梁方面投入足够的资金，以改善财政的可持续性，因为妥善维修的桥梁对经济的效益较长。虽然目前有几个高度自动化的系统性维护管理系统，但大学和研究机构应该继续努力，进一步改善这些工具，因为人工智能和云计算是未来的趋势。
转自“桥梁视界”
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