Suy nghĩ về phát triển công nghệ xây cầu ở Trung Quốc

Được thúc đẩy bởi nhu cầu xây dựng khổng lồ kể từ khi Trung Quốc cải cách và mở cửa, ngành cầu ở Trung Quốc đã phát triển vượt bậc cả về số lượng và chất lượng trong ba giai đoạn chính, bằng cách hoàn thành quá trình chuyển đổi từ "người đi sau" sang "đối thủ cạnh tranh" và cuối cùng là "người dẫn đầu".

Một tương lai mới đang xuất hiện cho ngành kỹ thuật cầu Trung Quốc. Là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng giao thông vận tải của Trung Quốc, ngành kỹ thuật cầu đang đối mặt với những thách thức trong kỷ nguyên mới này về cách hỗ trợ xây dựng một hình thức giao thông vận tải mới.

Bài báo này đăng trên trang ScienceDirect cung cấp một bản tóm tắt về tình trạng của công nghệ cầu ở Trung Quốc, dựa trên phân tích cơ bản về nhu cầu gia tăng và nhu cầu quản lý. Ngành kỹ thuật cầu Trung Quốc phải đáp ứng ba yêu cầu nổi bật: hiệu quả xây dựng, hiệu quả quản lý và dịch vụ lâu dài.

Công nghệ thông minh dựa trên công nghệ thông tin đem một cơ hội mới cho kỹ thuật cầu. Do đó, con đường phát triển của ngành kỹ thuật cầu cần phải thay đổi.

Bốn thập kỷ kể từ khi Trung Quốc cải cách và mở cửa là một thời kỳ vàng cho sự phát triển của xây dựng cầu ở Trung Quốc. Tuân theo quy luật chung của sự phát triển công nghệ và con đường hội nhập - phát triển - đổi mới, kỹ thuật cầu Trung Quốc đã trải qua ba giai đoạn: học hỏi và làm theo trong những năm 1980, theo dõi và cải tiến trong những năm 1990, đổi mới và vượt lên kể từ đầu thế kỷ 21.

Sự phát triển của kỹ thuật cầu ở Trung Quốc hiện đã có một bước nhảy vọt đáng kể với việc xây dựng nhiều cây cầu cực lớn áp dụng các cấu trúc mới lạ, thiết kế và xây dựng khó, vật liệu và quy trình công nghệ cao phức tạp. Các điển hình có thể kể đến như cầu đường cao tốc sông Dương Tử Su Tong, cầu Tianxingzhou và cầu Lupu. Trung Quốc tích cực tham gia đã đóng một vai trò trong việc xây dựng nhiều cây cầu quốc tế nổi tiếng, bao gồm cầu Malaysia Penang thứ hai, cầu thứ ba kênh đào Panama và cầu vịnh Oakland mới. Với những dự án tầm cỡ như vậy, kỹ thuật cầu của Trung Quốc đã dần tiến vào trung tâm của sân khấu thế giới.

Tuy nhiên, môi trường bên trong và bên ngoài phát triển trong những năm gần đây đã đưa ngành cầu Trung Quốc đến một điểm xuất phát mới, hướng tới những yêu cầu mới đối với sự phát triển của ngành kỹ thuật cầu. Ngành kỹ thuật cầu của Trung Quốc đã phải đối mặt với những câu hỏi lớn trong kỷ nguyên mới này để hỗ trợ việc xây dựng "sức mạnh giao thông". Những câu hỏi này bao gồm: Làm thế nào kỹ thuật cầu có thể hỗ trợ các chiến lược quốc gia lớn của Trung Quốc? Làm thế nào để có thể đảm bảo an toàn? Làm thế nào để giấc mơ đưa Trung Quốc trở thành một trong những quốc gia xây dựng cầu hàng đầu thế giới có thể thành hiện thực?

Để biết làm thế nào Trung Quốc trả lời được những câu hỏi này, trước hết chúng ta hãy xem qua hiện trạng của công nghệ kỹ thuật cầu Trung Quốc, xem xét hướng công nghệ cầu Trung Quốc đang phát triển với tầm nhìn rộng hơn, nắm bắt các cơ hội hiện tại để phát triển hơn nữa và cách tiếp cận khoa học để thúc đẩy kỹ thuật cầu ở Trung Quốc.

Tình hình hiện tại của công nghệ cầu ở Trung Quốc

Cải cách và mở cửa của Trung Quốc, cùng với sự phát triển kinh tế đi kèm, đã mang lại những cơ hội chưa từng có cho sự phát triển của kỹ thuật cầu ở Trung Quốc, dẫn đến quy mô xây dựng cầu liên tục tăng lên. Hơn 830.000 cây cầu đã được xây dựng ở Trung Quốc vào cuối năm 2017. Trung Quốc được công nhận về kỹ thuật xây dựng cầu do một số dự án cầu nổi tiếng thế giới có tác động quốc tế đáng kể. Các cây cầu của Trung Quốc chiếm hơn một nửa trong số 10 cây cầu hàng đầu thế giới theo từng hạng mục. Những thành tựu rực rỡ của ngành cầu Trung Quốc đã được xã hội công nhận rộng rãi. Cầu đã trở thành một trong những thương hiệu quan trọng nhất trong xây dựng cơ sở hạ tầng của Trung Quốc và sự công nhận của quốc tế đối với các cây cầu của Trung Quốc đang không ngừng tăng lên.

Những thành tựu này là do ngành kỹ thuật cầu ở Trung Quốc đã thực hiện số lượng đáng kể các nghiên cứu khoa học và công nghệ, dựa trên nhu cầu của chính họ. Ngành này đã có những bước phát triển vượt bậc trên bốn phương diện: công nghệ vật liệu, công nghệ khảo sát và thiết kế, công nghệ xây dựng, công nghệ quản lý và bảo trì.

Công nghệ vật liệu

Vật liệu là cơ sở của kỹ thuật cầu; do đó, sự phát triển của những cây cầu dài hơn dựa trên sự phát triển của công nghệ vật liệu. Cho đến nay, trong nước Trung Quốc đã đáp ứng được sản lượng bê tông, thép, cáp, vật liệu composite và vật liệu thông minh. Một số vật liệu này đại diện cho các công nghệ hàng đầu thế giới.

Bê tông C50 và C60 được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc. Các loại bê tông sợi, nhẹ và hiệu suất cực cao cũng đã được nghiên cứu và đang dần được ứng dụng. Việc cải thiện tính năng của vật liệu bê tông nhằm cải thiện tính năng kết cấu của chúng đã được chú ý rất nhiều.

Sự phát triển của thép ở Trung Quốc đã trải qua các giai đoạn carbon thấp, hợp kim thấp, cường độ cao và hiệu suất cao. Hiện tại thép Q345 và Q370 đang được sử dụng rộng rãi, Q420 đang dần được ứng dụng. Thép Q500 đã được phát triển và ứng dụng thành công cho cầu sông Dương Tử Thượng Hải - Nam Thông và các dự án khác. Thép cấp 700MPa hiện đang được phát triển, và các thanh thép phủ epoxy và thanh thép không gỉ đang dần được ứng dụng.

Về chất liệu của cáp, dây thép 1770MPa và sợi thép 1860MPa đã được nội địa hóa và ứng dụng trong kỹ thuật. Dây thép 2000MPa (một hợp kim nhôm kẽm) cũng đã được phát triển và ứng dụng thành công.

Vật liệu composite, chẳng hạn như nhựa gia cường sợi (FRP), đã được ứng dụng trong sửa chữa và gia cố cầu, và nghiên cứu ứng dụng tương ứng trên cáp cũng đã được thực hiện. Các vật liệu thông minh mới như hợp kim nhớ hình, vật liệu áp điện, sợi quang học, bê tông tự sửa chữa thông minh đã dần được nghiên cứu và ứng dụng trong kỹ thuật quan trắc và gia cố cầu.

Công nghệ khảo sát và thiết kế

Công nghệ khảo sát và thiết kế là tiền đề cho sự phát triển của ngành kỹ thuật cầu. Trung Quốc là một vùng lãnh thổ rộng lớn với nhiều điều kiện địa chất và địa hình khác nhau, điều này đã thúc đẩy sự phát triển đa dạng của các loại cầu và dẫn đến sự phát triển của công nghệ khảo sát và thiết kế. Do đó, kỹ thuật xây dựng cầu ở Trung Quốc đã có nhiều tiến bộ về công nghệ khảo sát, lý thuyết và phương pháp thiết kế, loại cầu và hệ thống kết cấu, kết cấu chính, công nghệ phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, và cầu nối với công nghệ thông tin.

Đối với khảo sát, có thể sử dụng các công nghệ thông tin-không gian hiện đại như viễn thám, hệ thống định vị toàn cầu, hệ thống thông tin địa lý, v.v. để có được bản đồ giải đoán địa chất, bản đồ trực giao, mô hình độ cao kỹ thuật số (DEM), dữ liệu đám mây điểm, v.v. . Tiến bộ vượt bậc đã đạt được trong việc khảo sát bằng công nghệ chụp ảnh bằng drone, cung cấp dữ liệu giải thích địa chất chính xác cho thiết kế, hỗ trợ tính toán chính xác khối lượng đào đắp và khối lượng kỹ thuật, và một nền tảng dữ liệu cơ bản để lựa chọn đường thông minh và thiết kế ba chiều (3D).

Tương tự như vậy, các lý thuyết thiết kế đã dần hoàn thiện, phát triển từ phương pháp ứng suất cho phép sang phương pháp thiết kế dựa trên hiệu suất. Phương pháp ra quyết định đã trở nên đáng tin cậy hơn, vì nó đã chuyển từ việc chỉ dựa trên kinh nghiệm sang dựa trên sự kết hợp của xác suất và kinh nghiệm. Một phương pháp ra quyết định hiện đã được thiết lập tích hợp kinh nghiệm, xác suất và đánh giá rủi ro. Ý tưởng thiết kế đã dần được cải thiện và chuyển từ thiết kế độ tin cậy sang thiết kế vòng đời. Hơn nữa, thiết kế bền vững, dựa trên khái niệm phát triển bền vững, hiện đang ở giai đoạn sơ khai. Những tiến bộ trong lý thuyết và phương pháp thiết kế đã thúc đẩy sự công nhận của quốc tế đối với công nghệ cầu của Trung Quốc.

Về loại cầu và hệ thống kết cấu, các kỹ sư Trung Quốc đã nắm vững các loại kỹ thuật thiết kế cầu và liên tục đổi mới, phát triển các hệ thống kết cấu và kết cấu trọng điểm. Trên cơ sở bốn loại cầu (cầu dầm, cầu vòm, cầu dây văng và cầu treo), các công nghệ phù hợp với điều kiện địa phương đã được phát triển. Chúng bao gồm các loại cầu cải tiến như hệ thống kết cấu của cầu dây văng với giới hạn tĩnh và giảm chấn động, cầu treo dầm hộp thép tách đôi, cầu thép rỗng liên tục và cầu vòm ống thép đổ bê tông. Trên cơ sở những thành tựu đó, các kiểu cầu mới như cầu dây văng thấp tầng, cầu vòm dây văng, cầu treo dây văng đã được phát triển. Kết hợp với nhau, những thành tựu này đã hình thành nên một hệ thống các loại hình và kết cấu cầu hiện đại lấy cầu dầm, cầu vòm, cầu dây văng, cầu treo làm chủ đạo.

Các yếu tố cấu trúc quan trọng của một cây cầu - như tháp cầu, dầm chính, dây cáp, sườn vòm và móng - liên tục được phát triển và đổi mới. Các công nghệ thiết kế của các kết cấu như tháp cầu bê tông, tháp thép và tháp cầu liên hợp thép - bê tông trên 300m đã được học hỏi và các kết cấu neo mới như hộp neo thép tích hợp và cáp vòng kế hoạch đã được đưa ra. Các kỹ sư Trung Quốc đã đạt được những đổi mới và đột phá đối với các dạng kết cấu của dầm chính: Dầm hộp thép tách lần đầu tiên được ứng dụng thành công cho cầu treo dân sinh và đang phát triển loại dầm thép ba giàn. Hơn nữa, các công nghệ thiết kế cho dầm liên hợp thép-bê tông và dầm lai đang trở nên hoàn thiện hơn. Độ bền, tuổi thọ và tính thông minh của hệ thống cáp và neo đã được cải thiện một cách đều đặn, với sự phát triển của hệ thống dây văng song song bền có độ bền cao với tuổi thọ sử dụng được thiết kế là 50 năm, hệ thống neo phân bố lực và một hệ thống neo ứng suất trước có thể thay thế không liên kết giám sát thời gian thực cho cáp chính của cầu treo. Sườn vòm bê tông, sườn vòm hộp thép, sườn vòm vì kèo thép, ống thép và sườn vòm composite khung xương cứng được sử dụng rộng rãi và đã dẫn đến việc đạt được những kỷ lục thế giới về nhịp của nhiều loại cầu vòm khác nhau. Đối với kết cấu phụ, các công nghệ thiết kế chính cho các loại móng mới đã được phát triển, bao gồm: Móng cọc nhóm siêu lớn, có hình dạng bất thường và mặt cắt hình quả tạ thay đổi được; móng cọc khoan nhồi đường kính siêu lớn; móng caisson bê tông - thép lớn; bao vây móng neo tường liên tục hình tròn lớn dưới lòng đất; móng tổng hợp caisson và cột ống; móng tường vây ngầm kiểu vô cực.

Các phương pháp lý thuyết, thí nghiệm và kỹ thuật kiểm soát đã được phát triển nhằm mục đích phòng ngừa và giảm nhẹ thiên tai. Các phương pháp được đề xuất bao gồm: phương pháp không gian-trạng thái và phương pháp phân tích mô thức đầy đủ để phân tích rung động 3D của cầu; phương pháp phân tích đệm đối với tác động của gió xiên; một phương pháp dựa trên đánh giá xác suất rung động của gió; lý thuyết thiết kế địa chấn cầu, dựa trên vòng đời và hiệu suất của cầu; phương pháp kích thích ảo để phân tích địa chấn ngẫu nhiên đứng yên/ không đứng yên đa điểm; phương pháp thiết kế va chạm cầu dựa trên hiệu suất. Công nghệ mô phỏng hồ bơi dòng sóng số và phần mềm phân tích sở hữu trí tuệ độc lập đã được phát triển; những phương pháp này đã được sử dụng để tạo thành một hệ thống công nghệ phòng ngừa và giảm nhẹ thiên tai sơ bộ cho cây cầu bao gồm gió, động đất, va chạm với tàu, dòng chảy của sóng và phương tiện, đảm bảo thực hiện các chức năng của cầu và an toàn cầu. Hiện tại, nghiên cứu về công nghệ ngăn ngừa và giảm nhẹ thiên tai cầu của Trung Quốc đang phát triển từ việc tập trung vào các thảm họa đơn lẻ sang một yếu tố kết hợp nhiều thảm họa.

Trong lĩnh vực công nghệ thông tin cầu, đã có nhiều tiến bộ đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng phần mềm cầu, với các chức năng chính, độ chính xác tính toán, hiệu quả tính toán và phân tích tiệm cận với trình độ của phần mềm nước ngoài. Là một phương tiện hữu hiệu để cải thiện mức độ thông tin hóa của cây cầu, công nghệ mô hình thông tin tòa nhà (BIM) đã được đánh giá cao ở tất cả các cấp ở Trung Quốc và đã được áp dụng cho thiết kế cầu, kiểm tra va chạm, mô phỏng quá trình xây dựng và quản lý tiến độ xây dựng của các dự án thử nghiệm; nó cũng đã được áp dụng để tối ưu hóa và lựa chọn sơ đồ, kết hợp với công nghệ thực tế ảo/ thực tế tăng cường (VR / AR). Các bước đột phá đã được thực hiện trong công nghệ phân tích và mô hình tích hợp cũng như trong việc xây dựng các nền tảng quản lý dựa trên BIM.

Công nghệ xây dựng

Trung Quốc sở hữu công nghệ xây dựng và điều khiển nhiều loại cầu khác nhau trong các điều kiện xây dựng khác nhau, và công nghệ xây dựng công nghiệp đang phát triển nhanh chóng với sự cải tiến không ngừng về mức độ tự động hóa, hiệu quả sản xuất và chất lượng ổn định. Phần lớn các thiết bị xây dựng chính được sử dụng trong xây dựng cầu được sản xuất tại Trung Quốc. Mức độ tự động hóa và khả năng sản xuất thiết bị cũng được cải thiện đáng kể.

Về công nghệ và thiết bị thi công tháp cầu siêu cao, bao gồm: công nghệ ván khuôn leo thủy lực cho tháp cầu bê tông; công nghệ bơm bê tông siêu cao áp; công nghệ xây dựng nhà tiền chế và vận thăng; lắp ráp chính xác cao cho tháp cầu thép. Các cấp độ tiên tiến quốc tế đã đạt được trong chiều dài tối đa của phần đúc tháp cầu bê tông (6m mỗi phần, cho chiều cao phần là 6m), hiệu quả xây dựng của ván khuôn leo (12d mỗi phần), tháp sai số độ nghiêng đỉnh (≤1 / 42 000) và tốc độ nâng dưới trọng lượng nâng tối đa (7,5m · tối thiểu-1) đối với tháp cầu thép. Cần trục tháp 5200t đã được phát triển độc lập và sử dụng trong các dự án thực tế.

Về công nghệ và thiết bị thi công của dầm chính, các bước phát triển bao gồm: dây chuyền sản xuất dầm hộp thép được số hóa; công nghệ đúc và lắp dựng trước dầm bê tông nguyên khối; vận chuyển và lắp dựng dầm trên các dầm đã xây dựng; công nghệ xây dựng đúc sẵn và lắp ghép theo phương pháp nối ngắn; công nghệ thi công nâng hạ toàn bộ một dầm hộp thép; công nghệ xây dựng và lắp dựng dầm chính bằng cần trục cáp; cầu trục mặt cầu; và ván khuôn trượt và phóng tăng dần. Các thiết bị chính như cần trục nổi, máy lắp dựng cầu, cần trục mặt cầu, cần trục cáp treo, cần trục giàn lớn và thiết bị ván khuôn trượt đã được phát triển độc lập. Sức nâng của cần trục cáp (900 tấn) và công nghệ cấu tạo xoay của nó (chiều dài thân quay 198m và trọng lượng thân quay là 22.400 tấn) ở trình độ tiên tiến quốc tế.

Về công nghệ và thiết bị sản xuất và lắp đặt cáp, các phát triển bao gồm công nghệ cáp bảo vệ polyethylene ép đùn nóng cho cầu dây văng và công nghệ hình thành vỏ bọc cáp đùn nóng. Công nghệ lắp dựng dây văng siêu dài kết hợp mềm - cứng và kéo ba giai đoạn đã được phát triển và được sử dụng rộng rãi trong các cầu dây văng và cầu vòm. Công nghệ lắp đặt cáp chính sử dụng phương pháp sợi dây song song đúc sẵn (PPWS) đang được phát triển.

Về công nghệ và thiết bị thi công sườn vòm, các bước phát triển bao gồm: công nghệ thi công như hệ thống treo dây văng và liên kết với tổ hợp hẫng và đúc hẫng; công nghệ làm cứng khung xương sườn; cầu quay vòm bê tông cốt thép; và các công nghệ nâng hạ các đoạn cầu vòm thép lớn. Ví dụ, nhịp chính của cầu Beipanjiang trên tuyến đường sắt Thượng Hải - Côn Minh được xây dựng bằng phương pháp kết cấu khung cứng dài 445m, dài hơn nhiều so với các nhịp cầu ở nước ngoài (nhịp lớn nhất là 210m). Phương pháp bơm chân không hỗ trợ liên tục ba giai đoạn đã được áp dụng trong công nghệ đúc bê tông có khung xương tăng cứng để cải thiện hiệu suất vận chuyển lên 30,8m³ · h ^{− 1}. Nhịp chính của cầu Chaotianmen được xây dựng bằng công nghệ lắp dựng hẫng thông qua hệ thống treo dây văng dài 552m. Sử dụng phương pháp cấu tạo xoay sườn vòm, trọng tải nâng tối đa theo phương pháp quay ngang là 17.300 tấn, và phương pháp quay dọc cũng đã được phát triển. Trọng lượng nâng tối đa của phương pháp nâng tiết diện lớn là 2.800 tấn. Các thiết bị xây dựng như cần trục cáp tải trọng lớn (có trọng lượng nâng tối đa 420 tấn và chiều cao 202m) đã được phát triển. Hơn nữa, kỹ thuật xây dựng khung vòm ngày càng trở nên phổ biến trong ngành.

Về công nghệ và thiết bị thi công móng cầu, phát triển bao gồm cọc khoan nhồi đường kính lớn, cọc ống thép đường kính lớn, cọc ống bê tông cường độ cao (PHC) dự ứng lực, cọc composite ống thép, móng nhóm cọc lớn, móng caisson lớn, và móng tường liên tục siêu sâu dưới lòng đất. Các thiết bị xây dựng cầu như tàu đóng cọc, búa đóng cọc thủy lực, máy khoan, tàu trộn bê tông, máy phay rãnh kép đã được phát triển độc lập. Sức tải của tàu đóng cọc (ϕ7m, chiều dài cọc trên 100m, trọng lượng 600 tấn) đã vượt xa các tàu cùng loại của nước ngoài (ví dụ ϕ 2,5m, chiều dài cọc 80m, trọng lượng 100 tấn).

Về công nghệ lắp dựng cầu, công nghệ xây dựng công nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng, mức độ tự động hóa không ngừng nâng cao. Đối với việc lắp dựng các phần tử kết cấu, đã đạt được động lực tích hợp của móng cọc đúc sẵn, lắp ráp trước nắp và thân trụ, và nâng toàn bộ tháp cầu thép đúc sẵn. Đối với dầm chính, công nghệ đúc sẵn và lắp dựng quy mô lớn đã được thực hiện cho tất cả các hoạt động, bao gồm cả việc đúc sẵn và lắp ráp các phần nhỏ của dầm hộp bê tông, đúc sẵn và nâng các phần lớn của dầm giàn, lắp dựng tích hợp siêu lớn phần dầm hộp thép vượt đường thủy và lắp dựng dầm chính bê tông đúc sẵn bằng máy bắc cầu. Việc lắp dựng tự động đã được áp dụng từ kết cấu bên trên đến kết cấu phụ. Hơn nữa, công nghệ thúc đẩy việc sửa chữa và thay thế nhanh chóng các đoạn cầu lớn đã được phát triển để nâng cấp các cây cầu cũ, nhằm giảm thiểu sự cản trở của việc thi công đối với giao thông đông đúc.

Về mặt công nghệ kiểm soát xây dựng, phương pháp điều khiển trạng thái không ứng suất cho quá trình tạo hình theo giai đoạn đã được phát triển để giải quyết việc xây dựng từng đoạn cầu, dựa trên kiểm soát kép thông thường về biến dạng - nội lực, và kết hợp với phương pháp kiểm soát hình học do khái niệm về điều khiển trạng thái không áp lực. Bên cạnh đó, một phương pháp điều khiển hình học đã được đề xuất cho toàn bộ quá trình thiết kế, chế tạo và lắp đặt bộ phận không ứng suất. Điều này đã cải thiện đáng kể độ chính xác điều khiển thi công của cầu dây văng nhịp dài. Một hệ thống kiểm soát xây dựng tích hợp các chức năng như tính toán, phân tích, thu thập dữ liệu, phát ra lệnh, phán đoán lỗi và hơn thế nữa hiện đang được phát triển. Công nghệ điều khiển xây dựng thông minh và dựa trên thông tin cho các cầu dựa trên mạng đang trở thành trọng tâm nghiên cứu trong lĩnh vực này.

Công nghệ quản lý và bảo trì

Với sự phát triển nhanh chóng của xây dựng cầu, Trung Quốc đã đạt được nhiều tiến bộ trong công nghệ quản lý và bảo trì, giám sát, kiểm tra và đánh giá cầu.

Về quản lý và bảo trì, một phương pháp hai cấp tập trung vào bảo trì phòng ngừa được bổ sung bởi bảo trì khắc phục đã được thiết lập.

Trong lĩnh vực công nghệ giám sát, một loạt cảm biến và sản phẩm giám sát — chẳng hạn như hệ thống định vị toàn cầu vi sai động thời gian thực cấp độ centimet và máy đo sợi quang đầy đủ — đang được sử dụng rộng rãi. Một loạt các thiết bị thu tín hiệu, chẳng hạn như bộ điều hòa tín hiệu rung đồng bộ xung nhịp micro giây và bộ giải điều chế sợi quang quét tốc độ cao 100Hz, đã được nghiên cứu và phát triển. Các công nghệ giám sát dựa trên mạng vòng sợi quang dự phòng vòng kép và trên Ethernet công nghiệp đã được tạo ra và các hệ thống giám sát an toàn cấu trúc đã được trang bị trên hàng trăm cây cầu. Công nghệ tích hợp hệ thống ngày càng trở nên hoàn thiện.

Liên quan đến kiểm tra, các công nghệ như kiểm tra không phá hủy bê tông cầu, phát hiện vết nứt mỏi trong kết cấu thép, phát hiện móng cọc dưới nước, xác định hư hỏng bằng camera độ nét cao, kiểm tra tải trọng tĩnh của cầu và một loạt thiết bị kiểm tra như cáp - rô bốt kiểm tra và ô tô kiểm tra cầu đã được phát triển. Thiết bị kiểm tra ngày càng trở nên chuyên dụng và thông minh hơn, và trọng tâm của các công nghệ kiểm tra đã chuyển từ kiểm tra phá hủy sang kiểm tra không phá hủy.

Về công nghệ đánh giá, một phương pháp đánh giá đã được đề xuất để xác định tình trạng kỹ thuật của cầu kết hợp đánh giá phân lớp và toàn diện với năm chỉ số kiểm soát đơn lẻ của cầu; các chỉ số đánh giá cũng đã được tinh chỉnh. Một phương pháp đánh giá đã được đưa ra dựa trên kết quả thử nghiệm của cầu và khả năng chịu lực từ các tính toán kiểm tra kết cấu, và một phương pháp đánh giá toàn diện dựa trên các đánh giá về khả năng chịu lực, độ bền và khả năng ứng dụng của cầu đã được đề xuất. Độ tin cậy và tính toàn diện của các kết quả đánh giá cũng được cải thiện.

Liên quan đến công nghệ gia cố, các phương pháp và quy trình mới - chẳng hạn như vật liệu composite sợi carbon và gia cố ứng suất trước bên ngoài - đã được áp dụng để bảo dưỡng và gia cố cầu. Công nghệ thay thế cáp (móc treo) và công nghệ thay thế và gia cố dầm chính đang phát triển nhanh chóng. Các công nghệ bảo vệ mối nối và lớp phủ mới để bảo vệ catốt đã được nghiên cứu và phát triển độc lập. Một hệ thống công nghệ bảo dưỡng, sửa chữa và gia cố cầu toàn diện đã được thiết lập để chuyển trọng tâm từ bảo vệ bị động sang chủ động.

Về mặt quản lý và bảo trì thông tin, một hệ thống hỗ trợ ra quyết định được thông tin hóa để quản lý tài sản và bảo trì cầu đã được thiết lập. Chỉ sử dụng một mã ID, nhiều tài liệu xây dựng, thiết bị giám sát, dữ liệu giám sát, dữ liệu bảo trì và các thông tin khác trong quá trình xây dựng và quản lý cầu có thể được quản lý và sử dụng để hỗ trợ việc ra quyết định, nhằm đảm bảo tính duy nhất, trực quan hóa, tự động hóa và khả năng kiểm soát của quản lý thông tin.

Những vấn đề đang tồn tại

Trung Quốc đã đạt được những thành tựu rực rỡ về kỹ thuật cầu. Tuy nhiên, so với các nước phát triển, 4 lĩnh vực then chốt vẫn còn tồn tại những tồn tại, hạn chế. Những đột phá vẫn cần thiết trong một số lĩnh vực lý thuyết cơ bản và các công nghệ then chốt thông thường. Hơn nữa, việc xây dựng không đủ tinh tế; mức độ công nghiệp hóa, thông tin và trí tuệ chưa cao; năng lực chuyển đổi nghiên cứu và đổi mới còn thiếu; và mức độ công nghiệp hóa có phần thấp. Những hạn chế này ảnh hưởng đến sự phát triển lâu dài của ngành công nghiệp cầu nối của Trung Quốc và được tóm tắt dưới đây:

(1) Công nghệ vật liệu. Trung Quốc vẫn đang bắt kịp các nước phương Tây về nghiên cứu phát triển và ứng dụng các vật liệu tiên tiến. Nghiên cứu về bê tông hiệu suất cao vẫn ở giai đoạn sơ cấp (tức là bắt chước công việc của người khác) và các chỉ số tính năng cơ học thấp hơn so với các chỉ tiêu về thép hiệu suất cao của nước ngoài. So với các nước phương Tây, tồn tại những khoảng cách lớn về khả năng hàn, cường độ, độ dày tấm và khả năng chịu thời tiết của thép. Hơn nữa, các sản phẩm dựa trên hợp kim FRP và bộ nhớ hình dạng (SMA) hiệu suất cao và lớn vẫn đang được nhập khẩu.

(2) Khảo sát và thiết kế. Trung Quốc tụt hậu so với các nước phương Tây khi nghiên cứu và ứng dụng các lý thuyết cơ bản, nghiên cứu quan điểm, công nghệ thông minh và phần mềm sở hữu trí tuệ độc lập.

(3) Xây dựng. Quá trình công nghiệp hóa các công nghệ xây dựng vẫn còn thô sơ, và hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị xây dựng đang cần được cải thiện cấp bách. Công nghệ và thiết bị xây dựng thông minh cũng cần được phát triển. Sự ổn định của chất lượng công trình cũng cần được cải thiện gấp rút.

(4) Bảo trì và quản lý. Các lĩnh vực sau đây trong bảo trì và quản lý vẫn còn tương đối kém phát triển: công nghệ và thiết bị giám sát và thử nghiệm; lý thuyết và phương pháp đánh giá trạng thái cấu trúc; công nghệ bảo dưỡng, sửa chữa và gia cố; và sự phát triển của công nghệ thông minh.

Trên hết, các kỹ sư cầu vẫn phải đối mặt với thực tế là thiếu các công nghệ và thiết bị cốt lõi về thiết kế, chế tạo, xây dựng, quản lý và bảo trì. Sự thiếu hụt này hạn chế sự phát triển hơn nữa của ngành kỹ thuật cầu ở Trung Quốc và gây rủi ro cho khả năng cạnh tranh của Trung Quốc trong ngành này.

Nghĩa Hưng lược dịch