桥梁卡住、道路弯曲——极端高温正在对美国老化的基础设施造成严重破坏

2024 年夏季 记录热度 给从公路到铁路的交通基础设施带来了问题。

纽约第三大道大桥向哈莱姆河上的船舶开放， 卡了几个小时 它的金属在高温下膨胀并且无法闭合。一些州的道路在炎热的日子里发生了弯曲，其中包括 华盛顿 和 威斯康星州. 。美铁警告乘客，在纽约和新泽西之间全天停运前几个小时，要为与高温相关的问题做好准备；高温期间电力线和铁轨面临的风险是 延误的根源越来越多 对于火车系统。

日益恶化的高温袭击了美国，这无济于事。已经陷入困境的基础设施系统。

美国土木工程师学会给了美国在 2021 年发布的最新国家基础设施报告卡中，基础设施总体评级为 C-。虽然已经有了一些改进——大约 占美国的 7.5%桥梁 与十年前超过 12% 相比，状况很差——许多桥梁都在老化，难以维护。百分之四十 道路系统的 被认为状况不佳或平庸，并且 维护成本大幅增加.

桥梁或道路的老化速度不仅取决于所使用的材料和施工方法，还取决于结构使用寿命期间的气候。尤其是极端高温，会严重影响交通基础设施。随着气候变化的进展， 热浪的频率和强度 预计会增加，从而加剧这些问题。

我带领 德克萨斯大学阿灵顿分校的智能基础设施和测试实验室，其中 我的团队正在努力工作 更好地监测基础设施的结构健康状况。以下是基础设施在高温下举步维艰的原因，以及工程师如何通过创新来帮助延长其使用寿命。

弯曲的高速公路对驾驶员构成危险

修建道路时，将其切割成若干段 为人行道的扩展创造空间 在高温或寒冷时收缩。如果没有这个空间，当道路材料升温时，路面就会弯曲。混凝土路面屈曲已成为严重问题 在几个州.

由于多种原因，路面变得容易弯曲。道路的设计、制造材料、修建时的气候以及其使用寿命期间的天气都会影响其使用寿命，道路损坏和维修不当也会影响其使用寿命。

极端气温和强降水会对道路造成严重损坏，并危及铁路系统的结构完整性。此外，海平面上升 加速海岸侵蚀 这样可以 破坏道路和铁路线. 。路面恶化导致交通延误和车辆损坏。而且，最关键的是，它可能会导致交通事故。

热轨可以膨胀也可以弯曲

铁路扩建是另一个重要问题，尤其是像火车使用的主线这样的连续焊接铁轨。

当温度升高时，铁轨会因热量而膨胀。这种膨胀会在轨道材料内产生高压和张力。与行驶中的火车施加的力相结合，这种压力会导致铁轨向侧面弯曲并 变得错位. 。它有时被称为“太阳扭结.”

钢轨屈曲是严重的安全隐患，可能导致脱轨。这就是原因之一 美铁放慢速度 在极端炎热的情况下，常常会导致日程延误。华盛顿特区地铁将列车速度降低至 最高时速 35 英里 一旦铁轨达到 135 华氏度（57 摄氏度）的温度。

预测这些热应力可能具有挑战性。仅测量轨道温度是不够的，因为有许多与轨道结构及其移动方式相关的未知因素。这使得准确预测铁轨将膨胀或收缩的程度变得困难。

工程师可以通过使用耐热材料来降低铁路扩张风险，例如 过共析钢轨钢 和马氏体钢轨，调整轨道设计并确保及时修复。

为了防止道路弯曲，工程师还采取了保护措施，例如使用填充密封剂的单切锯缝，以提供灵活性，同时防水。他们还可以实施寒冷天气混凝土施工，避免在低温下或在寒冷的基础上浇筑混凝土，并且可以使用更坚固、更耐用的混凝土。当路面出现裂​​缝和损坏时及时进行修复也有助于避免变形。

保持基础设施健康

基础设施健康与人类健康相似：如果医生仅在晚期才发现肿瘤或癌症等问题，则通常为时已晚。与人体一样，基础设施需要从一开始就进行维护，以降低成本并增加有效康复的潜力。

我部门工作的一个领域是 无损评价方法 用于监控基础设施 不会造成损坏或需要长时间封闭道路.

我们使用移动扫描系统 几乎就像便携式核磁共振仪 寻找桥梁、道路和跑道的弱点或缺陷。我们还在开发先进的传感器，利用机械和磁场现象来评估基础设施的状况，并利用人工智能来发现材料中的问题。

随着气候变化以及道路、桥梁和其他基础设施老化，基础设施将面临越来越多的挑战。今年夏天出现的大量道路弯曲和其他问题突出表明，迫切需要有弹性的基础设施来应对未来。