孙伟:目前尚无科学方法准确预测大桥隧道寿命

2010-8-30 10:47 来源: 中国科学院
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  近日有媒体报道,港珠澳大桥主体工程将于今年底正式动工,大桥将达到全国桥梁最长使用寿命120年。拟建设的琼州跨海通道也将寿命预定为120年。这些桥梁隧道真能如此长寿吗?昨天(8月24日),中国工程院院士孙伟在接受南京日报记者采访时明确表示:“目前,尚无科学的方法来准确预测它们的寿命。”

  目前所谓的“桥梁隧道寿命”大多估计偏长

  “目前有关桥梁隧道的寿命值,都是在实验室里通过对建设环境的土壤和水进行取样,然后模拟自然环境中的风沙雨雾,快速地对其反复作用,观察它们的损伤裂化过程,从而计算出使用寿命。这些理论值与现实偏差较远,基本都低估了真实自然环境对桥隧的损坏作用。”孙伟说,事实证明,因为结构、材料或者环境等各种原因,有的桥隧的服役时间要比设计寿命短得多。也就是说,当这些桥离死亡越来越近时,人们还浑然不觉。

  “现在,随着科技的进步,不少桥梁在建设中会在关键部位装上传感器,以监测桥梁的‘健康’,像南京二桥、苏通大桥、润扬大桥里都有不少传感器。”孙伟说,每座桥上装大量的传感器是一笔不少的投资,而且,传感器的质量参差不一,最差的寿命只有三五个月,最长的也不过20多年,一旦这些传感器失灵了,根本没法达到监测效果。

  混凝土添加剂使现代桥梁寿命大打折扣

  天生桥、长乐桥、玄津桥……在南京,有不少古桥保存得很好,少说也有五六百年了。为什么科技进步了,现代大桥反而不如古代桥梁牢固呢?

  对此,孙伟也很感慨:“其实,现代桥梁如此‘脆弱’,除了疲劳使用的原因外,桥梁的材料是罪魁祸首。”现在的混凝土中却有很多添加剂,比如减水剂,可以帮助水泥快速成型;阻锈剂,用来防止钢筋生锈等。这些“先进材料”,反而加速了桥梁的损伤裂化。

  孙伟说,现在造桥,经常会在水泥中加入矿物掺合料,如粉煤灰等,不少水泥厂商为了降低成本(粉煤灰比水泥便宜),也会在水泥中加入大量的粉煤灰。粉煤灰属于工业废渣,颗粒强度高,加入一定比例可以提高桥梁的抗压强度,但如果超量,化学反应不充分,反而会降低强度,使得桥梁寿命大打折扣。

  4年后有望科学预测桥梁寿命

  对桥梁寿命的预测,到底有没有更为科学的方法呢?

  孙伟透露,去年初,由东大牵头,清华大学、香港科技大学、武汉理工大学、江苏省建筑科学院共同参与的国家“973”项目——“环境友好现代混凝土的基础研究”正式启动,其中一项研究就是对桥梁寿命的科学预测体系。

  “过去,研究大多在实验室完成,而在这个项目中,我们采取的是实验室、曝露站和重点工程三种监测方式,最后比较综合成一个科学的预测体系。”孙伟介绍,现在,东大已经在青岛和青海各建立了两个曝露站,分别代表海洋气候和西北风沙气候,两个曝露站和实验室同步进行桥梁模型寿命研究,通过相似理论将两套数据关联起来。另外,还在建设中的苏州地铁、泰州大桥和青岛高铁已施工的部位埋设传感器,收集一批桥梁破损裂化的真实数据,最后,将三种监测方式合成一套桥梁寿命预测系统,整个课题的研究期为5年。

  “到时候,我们将所得出的预测系统编成计算机软件,今后,要想测量桥梁寿命,只需要输入相关数据,就可得出一个有关该桥梁的较为科学的寿命期。”

  院士小传

  孙伟,博士生导师、中国工程院院士。现任江苏省科协副主席、东南大学纤维与纤维混凝土技术研究所所长、同济大学教育部重点实验室“先进土木工程材料”学术委员会主任。长期从事土木工程材料领域的教学、科研与人才培养工作项目,曾参与润扬大桥、南京地铁、长江三峡、南京长江二桥、苏通大桥等重大工程及国际合作项目近40项,主攻材料的耐久性和研究预测材料寿命的方法。