-國外大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理實踐與研究動態(tài)

1、- -國外大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理國外大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理實踐與研究動態(tài)實踐與研究動態(tài)國外大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理實踐國外大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理實踐與研究動態(tài)與研究動態(tài)，青島青島海灣大橋國際橋梁論壇青島海灣大橋國際橋梁論壇3同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民內(nèi)容提要橋梁養(yǎng)護(hù)管理的迫切性橋梁管理系統(tǒng)及相關(guān)規(guī)范指南橋梁檢測與健康監(jiān)測技術(shù)小結(jié)4青島海灣大橋國際橋梁論壇青島海灣大橋國際橋梁論壇 同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁養(yǎng)護(hù)管理的迫切性5同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民美國及日本橋梁齡構(gòu)成已建橋梁數(shù)分布（%）USA, 70%, 30yrsUSA, 70%,

2、30yrsJapan, 70%, 20yrsJapan, 70%, 20yrs6同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民在過去的15年中，中國開展了世界上最大規(guī)模的的公路工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，橋梁建設(shè)技術(shù)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(yīng)總量的47，66。建設(shè)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(shè)情況7同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期建成的基礎(chǔ)設(shè)施具有以下特點：量大、集中、質(zhì)量低。重大基礎(chǔ)設(shè)施的服役期長，甚至超過經(jīng)濟(jì)高

3、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(chǔ)設(shè)施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理是社會基礎(chǔ)設(shè)施管理工程的主要目的。尤其是在進(jìn)入經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)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(yīng)對。經(jīng)濟(jì)高速成長期建成的基礎(chǔ)設(shè)施特點8同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民經(jīng)濟(jì)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(chǔ)設(shè)施是社會資產(chǎn)的重要構(gòu)成。隨著基礎(chǔ)設(shè)施“年齡”的增加，對社會資產(chǎn)的維護(hù)管理、有效利用成為社會經(jīng)濟(jì)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(shù)的需求促成了“社會基礎(chǔ)設(shè)施管理工程”的誕生?！吧鐣A(chǔ)設(shè)施管理工程學(xué)”9同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系

4、 孫利民孫利民橋梁管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫（檔案）橋梁檢測、監(jiān)測技術(shù)橋梁技術(shù)狀態(tài)評估理論與方法維修加固技術(shù)資產(chǎn)評估（Asset Management）全壽命設(shè)計技術(shù)相關(guān)規(guī)范指南“社會基礎(chǔ)設(shè)施管理工程學(xué)”技術(shù)要求10同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民養(yǎng)護(hù)管理是一門綜合性較強(qiáng)的工程學(xué)，不僅需要養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)本身，對設(shè)計和施工技術(shù)也要相當(dāng)熟知。不僅要有理論知識，實踐經(jīng)驗也非常重要。每個結(jié)果所處的環(huán)境不同，所遇問題典型性不強(qiáng)，需要具備靈活運用理論和經(jīng)驗進(jìn)行綜合判斷的能力。要掌握工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的知識，對政策的了解，以及決策能力。對維修加固技術(shù)的了解。社會責(zé)任感?！吧鐣A(chǔ)設(shè)施管理工程學(xué)”人才要求11同

5、濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁的養(yǎng)護(hù)維修費用不單單是直接的材料和工程費用，與相關(guān)的財務(wù)、稅收政策均有關(guān)系。養(yǎng)護(hù)費用預(yù)算的區(qū)域性、均衡性原則。維修養(yǎng)護(hù)與經(jīng)費預(yù)算“社會基礎(chǔ)設(shè)施管理工程學(xué)”制度要求12同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民現(xiàn)狀：單一項目、短期預(yù)算（年度）、經(jīng)驗性決策。問題：資源預(yù)算利用不合理、需維修對象的優(yōu)先順序不合理（甚至導(dǎo)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(xué)決策綜合、系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理投資計劃13同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁多為公共投資建設(shè)項目，需要接受嚴(yán)格的財務(wù)審計。但目前財務(wù)審計制度多追求初期建設(shè)

6、投資的有效合理利用而忽略（或誤解）與結(jié)構(gòu)耐久性和養(yǎng)護(hù)管理有關(guān)的費用。全壽命費用（LCCLife Cycle Cost）是近年提出的理念，并逐漸得到認(rèn)可和在實際工程實施中應(yīng)用。參與社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理的技術(shù)人員和管理人員有責(zé)任向政府有關(guān)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(yīng)用。財務(wù)審計及對公眾的說明解釋責(zé)任14同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁管理系統(tǒng)及相關(guān)規(guī)范指南15同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民結(jié)構(gòu)初期功能設(shè)定。結(jié)構(gòu)服役期性能退化預(yù)測，對策預(yù)案。結(jié)構(gòu)可能遭遇的災(zāi)害及對策預(yù)案。分析結(jié)構(gòu)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(hù)

7、管理的基本周期與內(nèi)容16同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民數(shù)據(jù)庫養(yǎng)護(hù)管理工作的構(gòu)成17同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民狹義目標(biāo)：以最小的費用維持某結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)的性能達(dá)到設(shè)計要求。廣義目標(biāo)：將對象基礎(chǔ)設(shè)施（群）使用期的性能維持在需求水準(zhǔn)以上，同時使總體維護(hù)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(hù)管理）養(yǎng)護(hù)管理的目標(biāo)18同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民養(yǎng)護(hù)管理中的結(jié)構(gòu)壽命與維護(hù)費用19同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民LCCI（初期造價）M（維修管養(yǎng)費用）R（拆除費用）20同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫

8、利民孫利民正確的理論模型建立于豐富準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)之上。橋梁數(shù)據(jù)庫的必要性21同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民目的：跨越時間、空間、體制的界限，系統(tǒng)、及時、準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一化、信息利用高效化。功能要求：準(zhǔn)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22同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁管理系統(tǒng)的構(gòu)成例：Pontis23同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民荷蘭-基于概率論方法的評估方法基于可靠度的方法相關(guān)技術(shù)規(guī)范24同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋

9、梁工程系 孫利民孫利民橋梁檢測與健康監(jiān)測技術(shù)25同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民橋梁結(jié)構(gòu)性能退化要因26同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民 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(gòu)件和內(nèi)容，定量把握。 詳細(xì)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(zāi)害后。檢測的種類27同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民混凝土結(jié)構(gòu)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(qiáng)度彈模回彈法超聲波法沖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

10、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(dá)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(hù)層厚度電磁誘導(dǎo)法電磁波雷達(dá)法電磁誘導(dǎo)法電磁波法28同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民鋼結(jié)構(gòu)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(dǎo)法電磁波法其他其他29同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系

11、孫利民孫利民 混凝土材料：離散性大，應(yīng)用技術(shù)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30同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民目的：獲取橋梁運營狀況的信息； 驗證設(shè)計； 支持養(yǎng)護(hù)管理決策。功能：自動實時監(jiān)測環(huán)境條件和橋梁相應(yīng)并直觀顯示結(jié)果； 識別結(jié)構(gòu)損傷并對結(jié)構(gòu)異常反應(yīng)緊急預(yù)警； 跟蹤結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化趨勢為大橋養(yǎng)護(hù)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31同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民我國已有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

12、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(shè)計理念越來越側(cè)重于為橋梁的養(yǎng)護(hù)管理提供支撐，偏重監(jiān)測內(nèi)容和技術(shù)而輕視測試數(shù)據(jù)處理和評價的設(shè)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(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)與施工控制的監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)容前伸到施工階段； 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)用戶的重要人員構(gòu)成之一。我國大跨度橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)概況32同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民東海大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)東海大橋是

13、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。ShanghaiPort33同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民系統(tǒng)設(shè)計原則：為管養(yǎng)服務(wù)；系統(tǒng)應(yīng)實用、可靠、經(jīng)濟(jì)；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(jié)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)。34同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民主通航孔斜拉橋主通航孔斜拉橋（7313242013273米

14、斜拉橋）米斜拉橋） 顆珠山斜拉橋顆珠山斜拉橋（50+139332139+50米）米） 500噸級副航道橋噸級副航道橋(7012012070米米變高度連續(xù)梁）變高度連續(xù)梁） 1000噸級副航道橋噸級副航道橋（80+140+14080米變高度連續(xù)梁）米變高度連續(xù)梁） 灘涂區(qū)灘涂區(qū) (750米跨等高度連續(xù)米跨等高度連續(xù)梁）梁） 第二非通航孔區(qū)第二非通航孔區(qū) (660米跨等高度連米跨等高度連續(xù)梁）續(xù)梁） 第四非通航孔區(qū)第四非通航孔區(qū)（70米跨等高度米跨等高度連續(xù)梁）連續(xù)梁） 500噸級副航道橋噸級副航道橋(9016016090米米變高度連續(xù)梁）變高度連續(xù)梁） 腐蝕暴露站腐蝕暴露站大烏龜島大烏龜島 監(jiān)測

15、內(nèi)容 8個區(qū)段35同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民監(jiān)測內(nèi)容斜拉橋監(jiān)測內(nèi)容： 1）氣象 2）結(jié)構(gòu)溫度 3）應(yīng)變 4）伸縮縫位移 5）梁塔動力 6）索力 7）梁塔位移 8）鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)備經(jīng)濟(jì)性滿足要求的條件下，使用傳感器進(jìn)行實時監(jiān)測，全橋共設(shè)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。36同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民實時監(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(jié)構(gòu)溫度30M/次143

16、143143應(yīng)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(jié)構(gòu)疲勞1天/次489648墩臺沉降及撓度1天/2次120120120總計47864258437同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 孫利民孫利民系統(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(jié)構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)(a) 船撞前后船撞前后MAC(1,1)的比較的比較05001000150020002500300

17、00.950.960.970.980.991A comparison between before and after collisionTime (min)MACMAC(2,2) beforeMAC(2,2) after2007-01-01 00:00:002007-01-03 02:35:002007-01-0200:50:002007-01-0201:35:000500100015002000250030000.9750.980.9850.990.9951Time (min)MACA comparison between before and after collisionMAC(1,1

18、) beforeMAC(1,1) after2007-01-01 00:00:002007-01-03 02:35:002007-01-0200:50:002007-01-0201:35:00(b) 船撞前后船撞前后MAC(2,2)的比較的比較0500100015000.40.450.50.55Time (min)Frequency (Hz)mode1 beforemode1 aftermode2 beforemode2 aftere2007-01-01 00:00:002007-01-02 01:35:002007-01-02 00:50:002007-01-03 02:35:0005001000150000.0050.010.0150.020