1、1基于全寿命的桥梁监测与管养技术研究唐国斌 博士河南省交通科学技术研究院河南省桥梁诊断与加固工程技术研究中心桥梁诊断与加固工程技术专题报告2河南省交通科学技术研究院有限公司主要内容1、我国桥梁管养的现状和挑战2、基于全寿命的桥梁养护管理3、桥梁健康监测系统的组成与设计4、健康监测系统的工程应用5、桥梁的集群监测应用研究6、结论和进一步研究的问题桥梁诊断与加固工程技术专题报告3河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战我国已成功跻身世界桥梁大国和强国之列平均每年开工建设桥梁达1万多座，目前已建成50多万座各种类型的桥梁，其中城市桥梁约20多万座。杭州湾跨海大桥 、苏通长江大桥等
2、桥梁的建成更是创造了一个个“中国之最”、“世界之最” 。桥梁诊断与加固工程技术专题报告4河南省交通科学技术研究院有限公司1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年危桥数量0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.00数量（万）危桥数量 桥梁总量1.我国桥梁管养的现状和挑战我国已经提前进入了建设与养护并重的时期 压缩设计周期 赶抢工期来换取发展速度 安全隐患桥梁诊断与加固工程技术专题报告5河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战制度要求 修订公路桥梁养护管理工作制度（2007年发布） 明确责任主体，强化监管
3、责任 加强专业人员保障，确立桥梁养护工程师制度 调整桥梁检查与评定的有关规定 规范桥梁养护工程管理 技术档案管理 增加应急处置管理要求 加强行业监管公路长大桥隧安全运营管理办法公路桥梁检测工作制度桥梁诊断与加固工程技术专题报告6河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战完善制度与标准公路桥涵养护规范（GTJ H11-2004）公路桥梁技术状况评定标准（JTG/T H21-2011）公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/T J21-2011）公路桥梁加固设计规范（JTG/T J22-2008）公路桥梁加固施工技术规范（JTG/T J23-2008）公路桥梁荷载试验规程（在编）桥
4、梁诊断与加固工程技术专题报告7河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战 桥梁管理系统的应用桥梁管理系统是建立在桥梁信息数据库的基础上，通过对整个辖区范围内所有桥梁状况的定期检查及分析与评定，将桥梁划分成完好、需要检测和需要立即加固维修等几种状态，进行桥梁分级排序，并根据这种分级排序对有限的维护资金进行合理配置。桥梁诊断与加固工程技术专题报告8河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战中国BMS系统结构示意图 桥梁管理系统的应用桥梁诊断与加固工程技术专题报告9河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战 系统功能都是初步性的，尚处于研究及探讨
5、阶段，系统本身的功能也远没有成熟和完善。 这些系统大都只能在桥检内业数据处理过程中使用，而外业信息采集仍需要花费大量的物力财力及有经验的桥检人员参与。采用传统的纸媒介记录现场基本信息及病害信息常导致工作量繁杂，数据转录过程则有可能因操作员经验水平不同及认知差异而导致数据误差被人为放大。 广义的桥梁管理系统还包括管理体制的建立、管理方法与准则的确立，而不仅是计算机管理系统的开发。 国内目前还尚无一个桥梁管理系统处于完全正常运行状态，难以为桥梁的管理部门提供可靠的决策咨询。国内BMS缺陷桥梁诊断与加固工程技术专题报告10河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战桥梁检测评定工作检
6、测评定方法的不完善；间断性，检测结果反映某一时刻结构在外荷载下的响应，但对两次检测间隙期间的结构状态却不能保证；检测工作一般是桥梁结构出现缺损或意外情况下进行，是被动的检测，不能实现损伤状态的提前预警，缺乏积极主动的控制措施；重复耗费大量的人力、物力、财力。桥梁诊断与加固工程技术专题报告11河南省交通科学技术研究院有限公司1.我国桥梁管养的现状和挑战我国已经出现大量的桥梁失效事件桥梁诊断与加固工程技术专题报告12河南省交通科学技术研究院有限公司2011年4月12日5时30分孔雀河大桥部分垮塌桥梁诊断与加固工程技术专题报告13河南省交通科学技术研究院有限公司2001年7月11日江苏盐城通榆河桥发
7、生垮塌，两辆货车坠落桥梁诊断与加固工程技术专题报告14河南省交通科学技术研究院有限公司2011年7月14日，武夷山公馆大桥垮塌1死22伤桥梁诊断与加固工程技术专题报告15河南省交通科学技术研究院有限公司2011年7月15日，杭州钱塘江三桥塌陷事故桥梁诊断与加固工程技术专题报告16河南省交通科学技术研究院有限公司2011年7月19日，北京怀柔区宝山寺白河桥桥梁诊断与加固工程技术专题报告17河南省交通科学技术研究院有限公司痛定思痛，塌桥原因追溯认知不足设计施工缺陷自然灾害管理养护不周桥梁诊断与加固工程技术专题报告18河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 全寿命周期 规划初步
8、设计分析施工图设计施工使用拆除或倒塌根据Ryall（2002）的观点，一座桥梁的寿命周期通常包括七个主要阶段：规划、初步设计、分析、施工图设计、施工、使用及拆除或倒塌桥梁诊断与加固工程技术专题报告19河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 全寿命设计将设计的范围拓展至桥梁整个寿命周期全寿命设计使用寿命 性能设计监测养护与维修设计美学设计环境生态设计成本分析桥梁诊断与加固工程技术专题报告20河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 全寿命设计考虑各种方案的不同效果（性能与寿命）、经济性（加固的直接成本与交通扰动等的间接成本之和）进行优化，从而选择最优的时
9、机和方案依靠经验确定维修、加固决策考虑桥梁寿命期性能及总体经济性要求、相关控制措施及指标也将随之发生变化仅考虑成桥性能的要求施工及质量控制考虑整个使用阶段对结构进行维护管理的需要，必须便于结构构件的检查、维修或更换，以降低后期的运营成本；对于永久构件或难以检查的构件必须采用适当的措施以提高结构的耐久性，延长结构的寿命仅考虑满足结构使用要求结构体系和细部设计对桥梁整个寿命周期内所发生的一切与桥梁的建设、维护、管理等有关的费用（预测）进行比较和分析仅进行成桥成本的比较经济比较结构的人文、环境和生态要求以及全寿命的经济性都将成为设计考虑的目标强度准则设计准则基于整个寿命周期，桥梁设计将明确针对一定的
10、设计寿命不考虑时间效应，仅考虑建桥状态时间因素从设计、施工和使用期管理，一直到拆除和材料的回收仅考虑桥梁成桥状态分析对象全寿命设计方法传统设计方法比较项目桥梁诊断与加固工程技术专题报告21河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 桥梁结构全寿命力学性能荷载作用材料劣化环境作用结构性能桥梁诊断与加固工程技术专题报告22河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 桥梁结构全寿命力学性能性能衰退荷载作用环境安全性降低耐久性降低适应性不足养护不及时增加养护成本降低使用年限危及结构安全降低路网效能病害集中暴露期：建成投入使用的2030年后桥梁诊断与加固工程技术专题报
11、告23河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 桥梁承载力的演变阶段桥梁承载力演变阶段划分桥梁诊断与加固工程技术专题报告24河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 承载力的退化桥梁承载力演变示意承载力是时间的函数桥梁诊断与加固工程技术专题报告25河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理 桥梁生命周期养护管理养护策略结构的生命周期性能在很大程度上依赖于养护 全寿命成本的监测、维护与管理桥梁诊断与加固工程技术专题报告26河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理养护工作分类养护处理基于时间的(保护性的养护处理)基于性能
12、的(重大的养护处理)基于时间和性能的桥梁诊断与加固工程技术专题报告27河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理养护计划和费用养护历史桥梁固有性能和其通常的状态对交通的影响养护时机和方案的选择一次性投入和日常工作费用计算桥梁诊断与加固工程技术专题报告28河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理养护方案养护方案不处理监控维修加固更换状 态不存在锈蚀有锈蚀，但混凝土没有剥落有锈蚀，但混凝土有剥落主筋下面的混凝土剥落导致粘结力和结构整体性损失养护方案检查，无处理进行表面防护或注入防护实施阴极防护更换结构构件严重锈蚀及混凝土脱层混凝土维修桥梁诊断与加固工程技术专题
13、报告29河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理管理策略整体管理系统设计阶段定义的基本养护计划估计使用寿命通过监控得到的所有耐久性和结构性能结果 它们将会在整个使用寿命期不断更新桥梁管理系统数据库 监测模块 决策模块桥梁诊断与加固工程技术专题报告30河南省交通科学技术研究院有限公司2.基于全寿命的桥梁养护管理项目 桥梁结构寿命 设计寿命50年-100年，一般寿命2040年，平均寿命35年（以国内桥梁为例）影响因素先天：设计不合理后天：施工质量差、缺乏维护检查环境：使用环境变化恶劣常规的检查小缺陷：普通检查后简单维修即可大缺陷：专业人员检测、详细测算后给出加固方案进行加固紧急抢修：专业人员会诊，然后进行快速修补方案或施工错误：导致结构更加严重破坏或成临危结构现代趋势或新模式全寿命设计在线监测随时调整维护维修制度健康监测：个性化处理优点：第一时间发现问题，最大限度延长寿命，避免恶性事故出现，可大大降低运营费用
