國外大跨橋梁養(yǎng)護管理實踐與研究動態(tài)

國外大跨橋梁養(yǎng)護管理實踐與研究動態(tài)第1頁/共48頁2內(nèi)容提要橋梁養(yǎng)護管理的迫切性橋梁管理系統(tǒng)及相關規(guī)范指南橋梁檢測與健康監(jiān)測技術小結第2頁/共48頁3橋梁養(yǎng)護管理的迫切性第3頁/共48頁4美國及日本橋梁齡構成已建橋梁數(shù)分布（%）USA,70%,30yrsJapan,70%,20yrs第4頁/共48頁5在過去的15年中，中國開展了世界上最大規(guī)模的的公路工程基礎設施建設，橋梁建設技術得到了快速發(fā)展。期間，修建公路91萬公里（含高速公路4.1萬公里），占2005年底全國總公路里程的44％，修建的橋梁數(shù)及橋梁合計總里程分別占相應總量的47％，66％。建設數(shù)量之多，類型之廣，跨徑之大，發(fā)展速度之快舉世矚目。我國的公路橋梁建設情況第5頁/共48頁6經(jīng)濟高速發(fā)展期建成的基礎設施具有以下特點：量大、集中、質(zhì)量低。重大基礎設施的服役期長，甚至超過經(jīng)濟高速發(fā)展持續(xù)期。高效合理地規(guī)劃利用有限的資源，對基礎設施進行養(yǎng)護管理是社會基礎設施管理工程的主要目的。尤其是在進入經(jīng)濟發(fā)展進入平穩(wěn)期、社會人口老齡化等問題日益突出的后工業(yè)社會后，諸多課題需要研究和應對。經(jīng)濟高速成長期建成的基礎設施特點第6頁/共48頁7經(jīng)濟發(fā)展帶來社會財富和資產(chǎn)的急劇膨脹。包括橋梁在內(nèi)的社會基礎設施是社會資產(chǎn)的重要構成。隨著基礎設施“年齡”的增加，對社會資產(chǎn)的維護管理、有效利用成為社會經(jīng)濟活動的重要內(nèi)容之一。國外甚至提出，這一變化對工程技術的需求促成了“社會基礎設施管理工程”的誕生。“社會基礎設施管理工程學”第7頁/共48頁8橋梁管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫（檔案）橋梁檢測、監(jiān)測技術橋梁技術狀態(tài)評估理論與方法維修加固技術資產(chǎn)評估（AssetManagement）全壽命設計技術相關規(guī)范指南“社會基礎設施管理工程學”—技術要求—第8頁/共48頁9養(yǎng)護管理是一門綜合性較強的工程學，不僅需要養(yǎng)護管理技術本身，對設計和施工技術也要相當熟知。不僅要有理論知識，實踐經(jīng)驗也非常重要。每個結果所處的環(huán)境不同，所遇問題典型性不強，需要具備靈活運用理論和經(jīng)驗進行綜合判斷的能力。要掌握工程經(jīng)濟學的知識，對政策的了解，以及決策能力。對維修加固技術的了解。社會責任感?！吧鐣A設施管理工程學”—人才要求—第9頁/共48頁10橋梁的養(yǎng)護維修費用不單單是直接的材料和工程費用，與相關的財務、稅收政策均有關系。養(yǎng)護費用預算的區(qū)域性、均衡性原則。維修養(yǎng)護與經(jīng)費預算“社會基礎設施管理工程學”—制度要求—第10頁/共48頁11現(xiàn)狀：單一項目、短期預算（年度）、經(jīng)驗性決策。問題：資源預算利用不合理、需維修對象的優(yōu)先順序不合理（甚至導致惡性安全事故的發(fā)生）。發(fā)展趨勢：綜合性、中長期計劃、科學決策綜合、系統(tǒng)的養(yǎng)護管理投資計劃第11頁/共48頁12橋梁多為公共投資建設項目，需要接受嚴格的財務審計。但目前財務審計制度多追求初期建設投資的有效合理利用而忽略（或誤解）與結構耐久性和養(yǎng)護管理有關的費用。全壽命費用（LCC＝LifeCycleCost）是近年提出的理念，并逐漸得到認可和在實際工程實施中應用。參與社會基礎設施建設管理的技術人員和管理人員有責任向政府有關部門和公眾解釋說明和宣傳這些新的理念并推動其在實際工程中的應用。財務審計及對公眾的說明解釋責任第12頁/共48頁13橋梁管理系統(tǒng)及相關規(guī)范指南第13頁/共48頁14結構初期功能設定。結構服役期性能退化預測，對策預案。結構可能遭遇的災害及對策預案。分析結構使用時其功能帶來的優(yōu)缺點，并反饋給其他環(huán)節(jié)。養(yǎng)護管理的基本周期與內(nèi)容第14頁/共48頁15數(shù)據(jù)庫養(yǎng)護管理工作的構成第15頁/共48頁16狹義目標：以最小的費用維持某結構在使用期內(nèi)的性能達到設計要求。廣義目標：將對象基礎設施（群）使用期的性能維持在需求水準以上，同時使總體維護費用和對環(huán)境的影響控制在最小程度。（德國：路網(wǎng)層次的養(yǎng)護管理）養(yǎng)護管理的目標第16頁/共48頁17養(yǎng)護管理中的結構壽命與維護費用第17頁/共48頁18LCC＝I（初期造價）＋M（維修管養(yǎng)費用）＋R（拆除費用）第18頁/共48頁19正確的理論模型建立于豐富準確的數(shù)據(jù)之上。橋梁數(shù)據(jù)庫的必要性第19頁/共48頁20目的：跨越時間、空間、體制的界限，系統(tǒng)、及時、準確地提供統(tǒng)一的信息，信息共享。作用：信息普及、信息共享、信息比較、信息標準化統(tǒng)一化、信息利用高效化。功能要求：準確（最新信息）、客觀、充實、公平（開放性）。（美國國家橋梁檔案）橋梁數(shù)據(jù)庫的目的與作用第20頁/共48頁21橋梁管理系統(tǒng)的構成—例：Pontis第21頁/共48頁22荷蘭-基于概率論方法的評估方法基于可靠度的方法相關技術規(guī)范第22頁/共48頁23橋梁檢測與健康監(jiān)測技術第23頁/共48頁24橋梁結構性能退化要因第24頁/共48頁25日常巡檢：定性檢測，目測為主。定期檢測：日常巡檢無法把握的構件和內(nèi)容，定量把握。詳細檢測：發(fā)現(xiàn)問題時。初期檢測：竣工試驗。臨時檢測：突發(fā)災害后。檢測的種類第25頁/共48頁26混凝土結構非破壞檢測的種類和評價參數(shù)評價參數(shù)方法分類質(zhì)量強度·彈?；貜椃ǔ暡ǚ_擊彈性波法打音法其他彈性波法彈性波法彈性波法材料劣化超聲波法AE（聲發(fā)射）法彈性波法彈性波法內(nèi)部缺陷裂縫超聲波法AE（聲發(fā)射）法熱圖像法（紅外線）X射線法彈性波法彈性波法電磁波法電磁波法空隙·剝離超聲波法沖擊彈性波法打音法熱圖像法（紅外線）電磁波雷達法X射線法彈性波法彈性波法彈性波法電磁波法電磁波法電磁波法鋼筋銹蝕電位法X射線法其他電磁波法鋼筋直徑·保護層厚度電磁誘導法電磁波雷達法電磁誘導法電磁波法第26頁/共48頁27鋼結構非破壞檢測的種類和評價參數(shù)評價參數(shù)方法分類內(nèi)部缺陷X射線法超聲波法AE法電磁波法彈性波法彈性波法表面或表層缺陷X射線法超聲波法AE法渦流探傷法熱圖像法（紅外線）磁粉探傷法浸透探傷法電磁波法彈性波法彈性波法電磁誘導法電磁波法其他其他第27頁/共48頁28混凝土材料：離散性大，應用技術不成熟。鋼材：分辨率要求高，對傳感器接觸狀態(tài)敏感。方法比較非破壞檢測主要方法—彈性波方法第28頁/共48頁29目的：獲取橋梁運營狀況的信息；

驗證設計；

支持養(yǎng)護管理決策。功能：自動實時監(jiān)測環(huán)境條件和橋梁相應并直觀顯示結果；識別結構損傷并對結構異常反應緊急預警；

跟蹤結構狀態(tài)變化趨勢為大橋養(yǎng)護管理決策提供依據(jù)。大跨度橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的目的與功能第29頁/共48頁30我國已有40余座大橋安裝橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，一般特點為：一般來說，一個大跨度橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)由少則50、多則300個以上的傳感器測點組成，其費用約占到橋梁總造價的0.5-2.0%；監(jiān)測系統(tǒng)的設計理念越來越側重于為橋梁的養(yǎng)護管理提供支撐，偏重監(jiān)測內(nèi)容和技術而輕視測試數(shù)據(jù)處理和評價的設計方案越來越不易被橋梁業(yè)主所接受；健康監(jiān)測系統(tǒng)本身的耐久性受到重視，要求傳感器和其他硬件具有可更換性，并且更換時不能影響到數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性；成橋后的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)與施工控制的監(jiān)測系統(tǒng)相結合，監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)容前伸到施工階段；結構狀態(tài)評估子系統(tǒng)和評估軟件的水平有所提高，配套的專家組也被視為橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)用戶的重要人員構成之一。我國大跨度橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)概況第30頁/共48頁31東海大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)東海大橋是連接深水洋山港和上海的唯一海上通道，全長32km，包括兩座斜拉橋和多跨連續(xù)及簡支梁橋。2005年建成通車，2006年10月橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)開始使用。ShanghaiPort第31頁/共48頁32系統(tǒng)設計原則：

為管養(yǎng)服務；

系統(tǒng)應實用、可靠、經(jīng)濟；

傳感器數(shù)量在滿足數(shù)據(jù)搜集的前提下最小化；

考慮傳感器及其他硬件的耐久性，要有可更換性，更換時數(shù)據(jù)要有可持續(xù)性；

監(jiān)測系統(tǒng)要與人工檢測和其他渠道數(shù)據(jù)相結合；

管理人員中要包括橋梁監(jiān)測評估專家組，以充分利用監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。第32頁/共48頁33主通航孔斜拉橋（73＋132＋420＋132＋73米斜拉橋）

顆珠山斜拉橋（50+139＋332＋139+50米）500噸級副航道橋(70＋120＋120＋70米變高度連續(xù)梁）1000噸級副航道橋（80+140+140＋80米變高度連續(xù)梁）

灘涂區(qū)

(7－50米跨等高度連續(xù)梁）第二非通航孔區(qū)

(6－60米跨等高度連續(xù)梁）第四非通航孔區(qū)（70米跨等高度連續(xù)梁）

500噸級副航道橋(90＋160＋160＋90米變高度連續(xù)梁）腐蝕暴露站大烏龜島監(jiān)測內(nèi)容——8個區(qū)段第33頁/共48頁34監(jiān)測內(nèi)容斜拉橋監(jiān)測內(nèi)容：1）氣象2）結構溫度3）應變4）伸縮縫位移5）梁塔動力6）索力7）梁塔位移8）鋼結構疲勞實時監(jiān)測：連續(xù)梁橋監(jiān)測內(nèi)容：1）墩臺沉降2）撓度3）結構溫度對難以檢測的地方、惡劣環(huán)境下無法檢測的地方以及設備經(jīng)濟性滿足要求的條件下，使用傳感器進行實時監(jiān)測，全橋共設七大傳感器子系統(tǒng)：氣象、疲勞、GPS、連續(xù)梁橋、光纖、振動、索力。第34頁/共48頁35實時監(jiān)測傳感器系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容采樣頻率傳感器數(shù)量數(shù)據(jù)通道數(shù)量狀態(tài)通道數(shù)量氣象1Hz288結構溫度30M/次143143143應變25Hz727272伸縮縫位移25Hz888梁塔動力50Hz608888索力30M/次168016索塔位移10Hz92781鋼結構疲勞1天/次489648墩臺沉降及撓度1天/2次120120120總計478642584第35頁/共48頁36系統(tǒng)組成傳感器系統(tǒng)

---氣象監(jiān)測子系統(tǒng)

---GPS子系統(tǒng)

---疲勞監(jiān)測子系統(tǒng)

---光纖傳感子系統(tǒng)

---斜拉橋振（震）動監(jiān)測子系統(tǒng)

---索力監(jiān)測子系統(tǒng)

---連續(xù)梁子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

在線評估系統(tǒng)

離線評估系統(tǒng)

結構預警系統(tǒng)第36頁/共48頁船撞監(jiān)測(a)船撞前后MAC(1,1)的比較(b)船撞前后MAC(2,2)的比較(a)船撞前后模態(tài)頻率的比較(b)船撞前后模態(tài)阻尼比的比較第37頁/共48頁汶川地震第38頁/共48頁第39頁/共48頁結構頻率隨溫度變化第40頁/共48頁結構頻率隨溫度變化第41頁/共48頁CorrelationbetweenFreq.andTemp.第42頁/共48頁支座位移隨溫度變化第43頁/共48頁44健康監(jiān)測研究課題概念設計

基于健康監(jiān)測系統(tǒng)的養(yǎng)護管理

全壽命集成

傳感技術可行性易損性分析

傳感器分布

傳感器數(shù)量最小化傳感技術

大變形測量

拉索銹蝕檢測

疲勞監(jiān)測系統(tǒng)耐久性

識別評估理論第