桥梁长期性能.docx

桥梁长期性能2008年美国联邦公路局发起了桥梁长期性能研究（LTBP即 long-termbridgeperformanceprogram ）计划，打算耗费 20 年 时间，收集美国国家公路桥梁的科学数据，建立详细及时的桥梁暨 数据库，开展桥梁结构性能理论和应用技术的研究，进一步推动桥梁 养护技术的发展为改善我国桥梁结构日趋严峻的运营安全形势，有必要研究和学 习美国LTBP计划，将其优秀前瞻性理念引入我国，开展长期研究 项目以跟踪研究我国桥梁的长期性能变化规律，提升桥梁检（监）测 技术，完善我国桥梁养护制度和体系上世纪八九十年代，美国建立并在各州推广了2个著名的桥梁管 理系统——PONTIS系统和BRIDGIT系统，从最初的数据保存、 统计查询等档案管理功能发展为集记录、存储、更新、统计于一体的 国家桥梁数据系统在这些系统的基础上，美国逐步发展了桥梁预防 性养护管理技术然而，对于一个构件或者完整的桥梁体系而言，即使有这些桥梁 管理工具和数据，随着时间的推移，仍然还有许多关于材料与结构在 性能和退化规律、维护的有效性、维修和修复策略方面未知的领域 为了迎合养护需求的增长和资金合理分配的需要，未来的桥梁管理体 系亟需在桥梁生命周期成本、性能发展模式、有效的维护和维修策略 等方面的信息。

这就需要收集高质量的定量数据，并在此基础上开发 新的分析模型和制定新的算法，LTBP计划正是为满足这一需求而产 生的美国桥梁长期性能研究计划（LTBP）,该计划将持续20年时间， 总体目标为:通过检（监）测技术标准制定及设备研发，观察全美 范围内具有代表性的桥梁样本，搜集高质量的公路桥梁科学数据，编 写定量信息的综合数据库，采用一个全面的方法进行分析，评估影响 桥梁性能的各种因素，提供更为详细、及时的桥梁信息和更有效的桥 梁管理工具该计划的实施将有助于展现一个更加详细和实时的桥梁 健康全景，增强对桥梁性能的了解，最终提高美国公路运输资产的安 全性、使用性、长期寿命和可靠性（计划目标：研究桥梁性能劣化机 理，促进桥梁劣化和预测模型的发展，建立能够综合模仿铺装与结构 本身以及交通荷载等多种因素的结构劣化模型，通过应用无损检测和 健康监测等技术，促进无损检测技术的发展，促进结构评估技术的发 展，为桥梁设计理论的发展提供数据支持，对桥梁养护维修与加固的 效率进行量化，优化桥梁养护作业以便于减少交通拥堵和事故，孕育 下一代桥梁养护管理系统，为政府制定相关政策提供依据美国LTBP计划的工作主要分成2个阶段 准备阶段2008年 —2013年）和执行阶段（2014年一2028年）。

准备阶段目前进展：①定义桥梁性能:明确LTBP计划各阶段的 研究目标，通过广泛的调研并开展专题研究，归纳美国和其他国家的 桥梁现状，最终确立了 20个桥梁性能的主要影响问题，作为整个计 划的研究对象②确定采集数据和采集方法——6个重点研究对象分别是未经 处理和经过处理的混凝土桥面、伸缩缝、支座、预应力筋和钢桥表面 涂装而所采集的数据可以分为三类:一类为基础数据，即桥梁竣 工后首次检查的各类数据；二类为定期检测数据，又细分为桥面系、 钢结构上部、混凝土结构上部、下部结构几个子类；三类为补充数 据，主要包括气候、事故等定期检查间的一些检测数据开发数据库系统：数据库需要具有以下三大功能:数据收集 功能，即数据载入系统；数据管理功能，指数据库具有监测、 数据挖掘和数据集成能力；数据访问功能，数据库允许用户通过基 于网页的应用程序Bridge Portal来查询数据因此，数据库构建 过程中，收集了全美范围内具有代表性桥梁的定量化数据，整合了多 个历史数据库，如：NBI、PONTIS、GIS、气候、交通、地震、管 养④ 设计试验程序:将参照桥梁与其所在的桥梁群进行对比，以确 定详细的桥梁特性；将美国不同地区的相似桥梁群进行对比，以确 定气候、养护程序、运输等影响；将不同等级的桥梁群进行对比， 以确定一种桥型与其他桥型的不同性能。

⑤ 桥梁采样：为保持检测数据的统一性、一致性和继承性，LTBP 计划已开发了超过67个关于检测设备和检测技术的数据采集协 议同时使用了目视加探地雷达、冲击回波、超声波、半电池等无损 检测方法，同时也安装了收集加载、环境和交通信息的监测设备⑥ 数据分析和模型建立：主要包括将采集到的数据输入 LTBP 计划的信息资源管理平台DMS ；对已有的性能劣化初步模型进行 优化;优化全寿命周期成本预测模型;开发数据采集的指南和建议经过5年左右的时间，美国LTBP计划已经基本完成准备阶段 的各项工作任务，包括：确定了需要采集的数据；开发了部分桥梁 无损检测设备；建立了一套开放的、可升级与扩展的数据管理与分 析系统；制定并验证了目视和无损检测的数据采集协议；建立了从 国家桥梁档案中筛选桥梁的方法，包括桥梁类型、数量及结构位置； 已在7个州的7座参照桥梁上开展了详细检测工作相比于美国，我国在无损检测技术手段、检测数据的可对比性、 可继承性、桥梁性能衰退模型研究等方面仍存在差距，如何整合大量 的桥梁定期检测结果，同时利用海量监测数据，以期探求多源耦合环 境场作用下公路桥梁长期性能的变化规律，跨越已有数据和桥梁长期 性能理解间的鸿沟，仍有很多工作需要开展。

我国交通运输主管部门已经认识到桥梁长期性能研究的重要性， 在交通运输部建设科技计划项目2014年度优先支持方向及重点任务 中，明确将“混凝土梁桥长期性能研究”作为5个重点任务之一， 以专题形式开展研究为保障在役桥梁的安全性，提高桥梁的耐久性和使用寿命，有必 要通过开展针对我国公路桥梁特点的长期运营性能研究，完善桥梁评 价养护制度与体系，创新桥梁结构管理系统，培育新一代桥梁借鉴 美国LTBP计划的经验，将我国的公路桥梁长期性能研究划分为若 干阶段:首先，可以通过前期观测与分析，针对我国公路桥梁的 病害特点，选取典型研究对象和评价指标，制定研究方案，论证开展 长期性能研究可能取得的成果和影响，开展较为深入的准备研究； ②随后，在研究阶段按照预定方案，具体开展各项研究工作和任务 分析我国桥梁以及桥梁管理体系的需求和特点，制定实桥性能观测协 议，对样本桥梁和参照桥梁群进行数据采集和分析，建立长期性能数 据库，完善桥梁构件长期性能衰退模型等；③最后，将研究阶段的 成果进行推广，通过收集反馈信息进一步优化研究阶段成果，最终培 育新一代的桥梁管理系统学习和研究美国LTBP计划，将其优秀前瞻性理念引入我国， 结合公路桥梁的主要问题和性能特点，选择具有代表性的桥梁开展我 国公路桥梁性能的长期研究，对提升数据采集和数据分析能力，建立 公路桥梁长期性能数据库，增加对桥梁性能衰退机理和变化规律的理 解，最终提升我国公路桥梁管养技术，具有十分重要的意义。

启示：宜设立一些长期（（10年甚至数十年）的研究项目来跟踪 研究桥梁的长期性能，研究过程需要多个不同专业领域的单位通力合 作，在研究的初期需要开展较为深入的准备工作基于性能的设计思想，可建立公路桥梁的长期性能目标，为公路桥 梁基于长期性能的设计方法（Long — Term Performanee 一 Based Design,即LTPBD）的建立奠定基础,LTPBD设计方法不仅可用于新桥 的设计同样可服务于既有桥梁的监测、评估和加固等另一方面,通 过对运营阶段桥梁性能的长期研究可掌握实际运营状态下公路桥梁 的性能表现，充分把握设计性能目标与实际性能表现的关系,为桥梁管 理提供科学的数据支持，建立公路桥梁管理的量化指标，提升公路桥梁的管理水平混凝土桥梁长期性能观测指标序号指标名称观测原因1混凝土强度混凝土强度关系到结构的承载能力特别是处于 受压区的混凝土常因为长期承受较大的压应力 而出现强度降低现象2混凝土弹模混凝土弹性模量关系到结构的刚度弹性模量的 变化可能导致下挠及开裂现象3混凝土抗渗 性进入混凝土中的水份,可能弓1起泛碱、冻融、钢筋 锈蚀等各种耐久性问题所以混凝土抗渗性是关 系结构长期性能的重要指标。

4有效预应力对于预应力混凝土桥梁，特别的是大跨径的连续 梁桥和连续刚构桥,预应力损失会引起混凝土开 裂、结构下挠等众多病害5预应力管道 灌浆饱满度预应力管道的灌浆饱满度与预应力钢筋的耐久 性密切相关同时，管道灌浆饱满度也会影响桥梁 的刚度6裂缝裂缝是混凝土桥梁损伤的直接表现裂缝不仅影 响结构刚度，降低结构耐久性，而且是结构承载力 不足的预兆7挠度大跨径连续梁桥和连续刚构桥的长期下挠不仅影响舒适性，而且往往是结构承载能力不足的重要体现8环境温度环境温度会引起桥梁的温度应力,可能引起结构 开裂而且环境温度会引起桥梁挠度的测量误 差9环境湿度对环境湿度的准确测量是估算结构徐变的需要10混凝土碳化混凝土碳化会引起混凝土 HP值得降低,使钢筋 脱钝，进而引起钢筋锈蚀11氯离子含量混凝土中的氯离子会引起钢筋锈蚀12保护层厚度混凝土保护层厚度是阻止钢筋锈蚀最有力的因 素建立基于长期性能的设计方法（LTPBD）,由此可解决工程结构设 计无法在设计使用年限内进行定量设计的问题，并可服务于既有桥梁 的监测、评估、加固和管理，延长既有桥梁的安全服役寿命从而实现 桥梁长期安全管理和服务社会这一世界桥梁工程界追求的理想目标。