美國公路與橋梁建設(shè)一直處于世界領(lǐng)先地位,特別是在20世紀80年代以前,一直在高速發(fā)展。目前,公路與橋梁建設(shè)速度有所放慢,已建的大部分橋梁工程都在使用年限范圍內(nèi),新建特大橋工程較少。
在橋梁建設(shè)上的先行一步,給美國自己既留下了輝煌的成績也留下了一些麻煩。根據(jù)美國公路管理部門公布的數(shù)據(jù),下文對美國橋梁現(xiàn)狀略作分析,對于在役橋梁病害與事故、橋梁養(yǎng)護管理、維修加固和新橋建設(shè)均具有十分重要的借鑒意義,可作為中國橋梁狀況預(yù)測的參考。
橋梁和缺陷統(tǒng)計
據(jù)統(tǒng)計,美國橋梁總數(shù)605103座。缺陷橋梁總數(shù)143892座,占23.78%(見圖2中的橫線)。其中,結(jié)構(gòu)缺陷橋梁總數(shù)67562座,占11.16%;功能性老化橋梁總數(shù)76366座,占12.62%。
數(shù)量較多的橋型:多梁橋、涵洞、板橋、多室箱梁橋、T梁橋、槽形梁橋。缺陷橋梁比例較低的橋型:涵洞、斜拉橋、節(jié)段施工箱梁橋、單室箱梁橋、多室箱梁橋、板橋、槽形梁橋。
缺陷橋梁比例大于50%的橋型:懸索橋、下承桁架橋、下穿通道蓋板橋、平旋開啟橋、正交異性結(jié)構(gòu)橋、提升開啟橋、上承桁架橋、豎旋開啟橋、混合型橋、上承拱橋、下承拱橋。
狀況分析:懸索橋、桁架梁(拱)橋、開啟橋、城市下穿通道蓋板橋損壞嚴重,這些橋梁基本上都是鋼結(jié)構(gòu)。我國正處于鋼材過剩、工費上漲的大環(huán)境下,修建鋼橋的條件逐漸顯得優(yōu)越,而鋼橋三四十年后的橋梁狀況不得不引起注意。特別是在一般公路橋梁中,缺少特大鋼橋的維護條件,選用鋼橋更需要謹慎。
缺陷率較低的節(jié)段施工橋梁、箱梁橋、板梁橋絕大部分是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),缺陷率較低。這些橋梁費時、費工,雖一時不便,但是環(huán)境安定性較好,在一般公路橋梁選型中還是不可忽視的。
懸索橋統(tǒng)計分析
圖3是收集到的懸索橋統(tǒng)計數(shù)據(jù),圖中柱狀圖是每十年中修建的懸索橋數(shù)量,曲線是歷年累計的懸索橋總數(shù),未剔除封閉或已廢棄的懸索橋。
數(shù)據(jù)顯示,美國97座懸索橋中,76座是缺陷橋梁,占78.38%。其中,29座有結(jié)構(gòu)缺陷,47座頻臨關(guān)閉。為什么會有這么高的缺陷率?美國修建懸索橋的歷史較久遠,很多祖父級的“老爺懸索橋”,已喪失了使用價值,成為古董橋,進入國家史跡登記冊(HRHP)。
美國修建懸索橋的高峰是在20世紀的上、中葉,從20世紀下葉至今勢頭減緩。懸索橋的平均壽命已有七八十年,接近使用壽命的末期,所以缺陷表現(xiàn)較突出。有的已幾經(jīng)大修和恢復(fù)。
早期的懸索橋,防護技術(shù)尚在發(fā)展階段,防護工藝也尚在逐漸成熟過程之中,難免失誤。
美國政界和技術(shù)界對跨越能力的客觀和主觀需求比較理性化,跨徑超過800米的只有6座,都是在懸索橋高峰期修建的。
但是,美國中小跨徑的懸索橋很多,二戰(zhàn)以后,特別是上世紀下葉,斜拉橋取代了中小跨徑懸索橋,美國沒有等到這個機遇,率先完成了橋梁現(xiàn)代化進程。
所以美國懸索橋的高缺陷率并不能代表現(xiàn)代懸索橋的實際壽命;在跨度接近或大于1000米時,懸索橋還應(yīng)該是首選橋型,100年的使用壽命還是可信的。
斜拉橋析
美國斜拉橋統(tǒng)計46座,缺陷橋梁4座,其中3座為結(jié)構(gòu)缺陷,1座為功能缺陷,完好率較高。圖6、圖7中,收集了部分美國斜拉橋的時間分布、跨徑分布,可以得到如下結(jié)論。
現(xiàn)代斜拉橋修建歷史不長,二戰(zhàn)以后才在歐洲起步,美國還要遲些,營運歷史都不長。
現(xiàn)代的橋梁技術(shù)總體上得以較大提升,比古老的懸索橋優(yōu)勢明顯,使用壽命保證率較高。
美國修建的斜拉橋跨徑大多200米至400米,罕見500米以上跨徑。大都在優(yōu)勢跨徑范圍之內(nèi),這是理性的選擇,沒有沖刺極限大跨的趨勢和意愿,所以今后對病害的處理比較有把握。
美國斜拉橋歷史性地創(chuàng)立了PK和DP截面混凝土主梁(見圖8、圖9),致力于從本質(zhì)上認識斜拉橋,領(lǐng)導(dǎo)世界斜拉橋主梁截面形式的主流。