本期關註：橋梁的“體檢”

  　  8月1日，美國明尼蘇達州首府明尼阿波利斯市郊外35號州際公路的一座大橋坍塌，約50輛汽車墜入密西西比河。 
   　 據美國官員8月21日最新確認，斷橋事故死亡人數為13人，傷者70多人🕵🏽‍♀️。 

　　張啟偉 工學博士，恒达平台橋梁工程系教授🫱🏼🗽，博士生導師📘。主要從事橋梁健康監測和檢測評估的理論研究與應用。 

  　  日前，美國明尼蘇達州35號州際公路大橋在交通高峰時段瞬間坍塌，造成嚴重的傷亡。在橋梁管理系統已經比較完善的美國，發生這樣的斷橋事故，馬上引起了全世界的廣泛關註🧑‍🚀。

   　 一座屢次接受“體檢”的大橋 
  　  明尼蘇達州35號州際公路大橋是一座鋼桁架連續梁橋，於1967年建成通車。1990年，美國聯邦政府檢查發現，該橋橋跨結構和橋墩之間的支座發生腐蝕，橋梁被認定為存在“結構性缺陷”。

  　  何謂“結構性缺陷”？ 
   　 橋梁由承重結構與附屬設施組成🦾。一般來說，公路橋梁的承重結構包括橋跨結構、橋墩、橋臺、支座以及基礎等🧖🏽‍♀️，其功能是承受和傳遞交通車輛和人群等荷載。如果橋梁承重結構出現退化，則認為橋梁存在結構性缺陷🧑🏻‍✈️。 
  　  橋梁的結構性缺陷有很多種形式，對於類似於美國35號州際公路大橋的鋼桁架梁橋🚣‍♂️，鋼桁的疲勞開裂、鋼節點的嚴重銹蝕以及支座的銹腐蝕等均屬結構性缺陷。當然🔡，存在結構性缺陷的橋梁並不等於失去了承載能力🏢，因為“缺陷”有輕重之分。美國聯邦公路管理局在相關規範中將橋梁劃分為橋面、上部結構(相當於“橋跨結構”)和下部結構(橋墩、橋臺及基礎)三大組☺️，並對各組規定了0～9分的缺損評定等級，其中9分表示處於“優越狀態”🎯，0分表示“破壞狀態”🎼。 
   　 上世紀90年代中期的檢測發現👋🏿，35號州際公路大橋支撐橋面的鋼桁架的眾多節點部位出現了疲勞裂縫和腐蝕🤦🏽。報道說有關部門隨後對該橋進行了針對性的維修🫐，並將兩年一次的檢測周期縮短為一年一次。 
   　 2001年明尼蘇達大學土木工程系的一份研究報告指出🛌，該橋不大可能發生鋼桁架的疲勞開裂🧏🏻，近期不必因疲勞問題而提前進行大橋的更換🤦🏿‍♀️。 
   　 2005年的聯邦檢查再次認為大橋存在結構性缺陷，並給橋跨結構、橋面和下部結構分別打了4分👩🏿‍🦱、5分和6分，對應的缺陷級別分別為“不良狀態”、“尚好狀態”和“滿意狀態”。 
   　 就在去年，明尼蘇達州還委托一家獨立咨詢公司對該橋的情況進行研究🧚🏼，但最終的分析仍然是該橋遭受關鍵性疲勞損傷的可能性很小。

   　 “屢檢屢過”的大橋為何突然坍塌 
  　  該大橋在定期檢測下仍發生瞬間坍塌，可以從管理和技術兩方面來尋找原因🧕🏼。 
   　 首先⚫️，橋梁檢測和評估的目的是在結構退化早期發現其相關跡象，調查退化起因，從而指導橋梁維護對策🛺，包括養護◾️、維修、加固🤷、重建等💢。35號州際公路大橋在多次檢測後被評為結構性缺陷橋梁，考慮到該橋14萬的日通車量👰🏼‍♂️，按理主管部門應積極采取相應的維修加固措施👩🏻‍🦳👍。但管理部門除了加強檢測外，並未采取更多的措施(大橋坍塌時正在重新鋪設橋面🏫，不屬於結構加固)👩🏻‍🍳💧。州政府對大量被診斷為結構性缺陷的橋梁已習以為常，而大橋坍塌後🤳🏿，州政府表示從未收到過大橋危險必須修繕的警告。另一方面，由於養護維修經費不足🗝，有限的經費只能優先用於一些狀況最糟的橋梁的修繕👨🏼‍💻🧎🏻‍♀️，而其他橋梁則排後。美國州際公路網上的橋梁數量巨大，其中近10萬座橋梁處於較為嚴重的結構性缺陷狀況，且每年有數千座橋梁退化為有缺陷橋梁。據美國媒體稱，按計劃35號州際公路大橋的更換工作要到2020年才能排上。 
   　 由此可見，盡管美國各州的橋梁管理系統已相當完善🏥，但在面對大量的司空見慣的結構性缺陷橋梁時，管理決策層仍存在主觀上的輕視🤸🏻‍♂️，同時也無法回避客觀上的資金缺口難題🪴。 
  　  其次，從檢測技術上看，雖然現有技術尚不能滿足各種橋梁的病害檢查，但對於美國35號州際公路大橋這樣的橋梁已經足夠🪒。事實上，美國人在該橋上主要運用了外觀目檢、疲勞監測和分析等手段，方法上雖然合理🐓🚴‍♂️，但35號州際公路大橋是一個由大量桿件組成的較為復雜的結構體🔞，對其進行檢查時難免存在無法觸及或無法詳細檢測的部位⏳。而2001年的疲勞監測中，檢測者僅對上千個鋼桿件中的極少數進行了疲勞應力監測，在與理論分析的比較中也基本上立足於“靜態”的觀點，沒有看到鋼構件應力變化和腐蝕的共同作用📹，而且忽視了將來交通流量的增長🐢𓀑。 
  　  或許正是因為此份判斷橋梁尚無疲勞問題的研究報告，使得大橋管理者放松了警惕。

   　 不要過高預期橋梁健康監測系統 
  　  此外，我們也需要客觀看待橋梁安全檢測技術的現有水平。 
  　  橋梁安全檢測技術依賴於檢測儀器(硬件)和信號處理分析以及結構分析理論(軟件)。應該說硬件和軟件均在不斷發展中🚵🏿。現有的測試技術可以滿足大多數中小型鋼筋混凝土橋梁的病害檢測👩🏿‍⚖️，但對於大型橋梁的某些缺陷，如斜拉索或吊桿內鋼絲的斷裂與銹蝕👨‍👧‍👦、斜拉索或吊桿的錨頭狀況🪛、結合構件的結合面狀況🏮、預應力筋狀況🕳、預應力管道灌漿密實度、水下基礎病害等，目前尚缺乏可靠的檢測技術🧚🏿‍♀️👕。 
   　 近十多年來，國內外(尤其是國內)許多大型橋梁的建設方熱衷於大型橋梁健康監測系統的開發。這在很大程度上是過高地預期了監測系統的能力。事實上，目前甚至將來相當長的時間內，如何從監測信號判斷大橋的技術狀況將一直是個難題。至少在今天，盲目投資大量財力於橋梁長期監測系統並非明智之舉⛴👨🏽‍🦰。 
   　 面對我國(或是美歐)數量巨大的現役橋梁🦵🏽👩‍✈️，踏踏實實地開發可靠實用的檢測儀器🕛、培養壯大真正專業的檢測隊伍🧫，當是今後較長時間內的首要任務💦。

   　 我國的有缺陷橋梁也不少 
   　 近30年來🧑‍🚀，我國公共交通事業迅猛發展，同時也修建了大量的橋梁。自上世紀90年代𓀊✖️，大跨度橋梁的安全性與耐久性引起政府和橋梁管理部門關註。1995年，國家基礎性研究重大項目“重大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎研究”啟動，標誌著我國橋梁安全檢測研究進入嶄新階段，此後交通部等部委不斷資助橋梁檢測方面的研究課題💒，成果得到廣泛應用🙏🏽。 
  　  建設部和交通部分別於2003年和2004年頒布了新的《城市橋梁養護技術規範》和《公路橋涵養護規範》，對各類橋梁的檢測周期⚄、檢測內容🧑🏼‍🔬、評估標準以及相應的養護對策均作出了較為具體的規定。此後，在新規範的指導下，各地橋梁管理部門對所轄運營中的橋梁紛紛進行技術狀況普查。 
   　 但是🗺🤞🏿，我國與美國及歐洲各國所面臨的情況相似🚄，有缺陷橋梁數量眾多，養護經費卻不能滿足需求。 
 　   美國此次的大橋坍塌事故，首先提醒我們應高度重視橋梁維修經費不足和安全隱患之間的矛盾🕊。不能因為經費問題而使橋梁管理製度無法落實到位，以至容忍高度的安全風險。 
   　 其次🦧，橋梁管理部門應重視橋梁檢測評估結果🧑🏼‍🔬🧑🏽‍🏫，嚴格執行關於各類橋梁養護措施的規定。對於評定為“危險狀態”的橋梁固然應予重視，對於被評定為“差”或“較差”狀態的橋梁亦不能熟視無睹、掉以輕心🆒。 
   　 此外，橋梁檢測尤其是橋梁承載能力和疲勞狀況的檢測評估，應該由具有相應資質和實際能力的單位來承擔，以免檢測後得出不符實際的結論。   
  
 　　　　　科學時報 2007-8-24     作者👩🏼‍💻🙎🏿‍♀️：張啟偉