美國(guó)橋梁管理體系概觀.

1、 美國(guó)橋梁管理體系概觀 安琳 （東南大學(xué),江蘇南京210096 摘 要：簡(jiǎn)要介紹了美國(guó)聯(lián)邦道路廳對(duì)高速公路橋梁的管理運(yùn)營(yíng)方法，以及橋 梁的檢測(cè)和健全評(píng)價(jià)體系與未來(lái)該領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：橋梁；狀態(tài)等級(jí)；結(jié)構(gòu)欠缺；功能欠缺；橋梁管理系統(tǒng) 中圖分類(lèi) 號(hào)：U448;U445. 7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)：1671-7767（2002 02-0067-03 收稿日期:2002-01-04 作者簡(jiǎn)介：安琳（1967-,女,副教授，1990年畢業(yè)于東南大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè), 工學(xué)學(xué)士，1993年畢業(yè)于東南大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)碩士 ,2000年畢業(yè)于東南大 學(xué)結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)博士，現(xiàn)在日本京都大學(xué)

2、做博士后研究，主要從事橋梁結(jié)構(gòu) 養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)和FRP加固等方面的工作。 1 緒 論 美國(guó)擁有世界上規(guī)模最大、效率最咼的咼速公路 網(wǎng)，全長(zhǎng)約632萬(wàn)km ,其中6m以上的橋梁有587755座，每日的交通量達(dá) 3700000百萬(wàn)輛，過(guò)橋次數(shù)3000百萬(wàn)次，脈。1960199811995年11tem ,簡(jiǎn)稱(chēng) NHS、國(guó)防、。NHS的總長(zhǎng)約25.6km （全國(guó)公路網(wǎng)的4. 1% ,但交通量約占全 國(guó)總量的43. 9%,且承擔(dān)大多數(shù)的貨物運(yùn) 輸。NHS的橋梁有122000座（全國(guó)總量 的20% ,保證這些橋梁的安全性、健全性和使用性對(duì)NHS全線(xiàn)暢通是至關(guān)重要 C o 圖119601998年間干線(xiàn)公路延伸里

3、程 美國(guó)交通部（US Department of T ransportation聯(lián)邦道 路廳（FHW A負(fù)責(zé)陸上公路交通系統(tǒng)項(xiàng)目,主要是聯(lián)邦補(bǔ)助道路系統(tǒng)（Federal -aid Highway Program的運(yùn)營(yíng)和 管理部門(mén)，每年配給約20000百萬(wàn)美元給各州政府 用于高速公路和橋梁的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和養(yǎng)護(hù)，其中包含1978年設(shè)立的公路 橋梁改建和維修加固項(xiàng)目（Highway Bridge Replaceme nt and Rehabilitation，簡(jiǎn)稱(chēng) H BRRP中年約2800百萬(wàn)美元的資金（全年資金的14%。聯(lián)邦補(bǔ) 金（即約11%的汽油稅，以及該領(lǐng)域的、管理。2 橋梁檢測(cè)與評(píng)價(jià)體

4、系2. 1 橋梁建設(shè)材料 美國(guó)從1930年后期開(kāi)始興建州際高速公路體系,約59萬(wàn)大中型橋梁和涵管的 現(xiàn)有公路網(wǎng)中，大多數(shù)是 在過(guò)去的30年中建設(shè)的，平均橋齡約為37年。涵管中 的90%為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；大多數(shù)橋梁在1970年前主要是鋼結(jié)構(gòu),之后的建設(shè)材 料主要為預(yù)應(yīng)力混凝土 。因此，除去涵管外，目前橋梁中的40%是鋼結(jié)構(gòu)，其余 的是混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、木制以及石、熟鐵（wrought iron、鋁 uminium 等材料的結(jié)構(gòu)。美國(guó)有欠缺的舊橋 中60%是鋼結(jié)構(gòu)。 2. 2 橋梁的狀態(tài)等級(jí)和健全性評(píng)價(jià) FHW A對(duì)6. 1m以上的橋梁信息（如橋址、所有者、 材料、交通量、現(xiàn)狀等均記錄在管理數(shù)

5、據(jù)庫(kù)中。根據(jù) FHW A于1995年制訂的橋梁調(diào)查和評(píng)估指南1中要 求,每座橋共有116項(xiàng)調(diào)查項(xiàng)目。橋梁通常2年檢查一次,并設(shè)定其狀態(tài)等 級(jí)（con dition rati ng ,包括上部結(jié)構(gòu) 的總體狀態(tài)等級(jí)（overall c on dition rati ng for the superstruc 2ture、下部結(jié)構(gòu)的總體狀態(tài)等級(jí) （overall con diti on rat ing for the substructure 和橋面的總體狀態(tài)等級(jí) （overall co ndi 2tion rati ng for the deck ,從 0（不允 許的危險(xiǎn)狀態(tài)，必須封 閉9（安全狀

6、態(tài)良好 分10個(gè)級(jí)別。 橋梁健全性評(píng)價(jià)項(xiàng)目分結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)、水路評(píng)價(jià)、橋面 幅評(píng)價(jià)和橋下凈空評(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)（structural evaluation appraisal由橋梁的承 載能力和日平均交通量來(lái)判定；水路評(píng)價(jià)（waterway appraisal由因洪水而使橋梁不 通的頻度來(lái)判定；橋面幅（deck geometry評(píng)價(jià)由橋面路緣石間的行車(chē)道寬、車(chē)道 數(shù)、交通方向和日平均交通量等判定 ；橋下凈空評(píng)價(jià)（under -clearanee appraisa由 橋下垂直與水平方向的空間、公路的機(jī)能、交通方向和是否有鐵道等因素判 橋梁欠缺分為結(jié)構(gòu)欠缺 （structurally deficient和功

7、 能欠缺（functionally obs olete。橋梁結(jié)構(gòu)欠缺的條件是：橋面、上部和下部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)等級(jí)均在 4級(jí)以下， 結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)在2級(jí)以下（必須改建，水路評(píng)價(jià)在2級(jí)以下。功能欠缺的條件是：橋面 幅評(píng)價(jià)在3級(jí)以下（必須修復(fù)，橋下凈空評(píng)價(jià)在3級(jí)以下，結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)和水路評(píng)價(jià)皆為 3級(jí)。 2. 3 健全性現(xiàn)狀 采用上述評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)在1998年陷橋梁為172582座（182, 93076座（10151879座（81208座。，功。NHS中的高速公 路橋梁中有23. 1%（25. 8%的欠缺橋梁,29. 8%為結(jié)構(gòu) 欠缺,70. 2%為功能欠缺。FHW A的近期目 標(biāo)就是在今 后的10年內(nèi)把欠缺橋梁的

8、比率降低到20%以下，這就意味著10年間 將有40000座以上橋梁必須改良。 3 管理與運(yùn)營(yíng) 3. 1 政府性項(xiàng)目 1993年,FHW A迎來(lái)了 100年慶典，這百年里的重 筆應(yīng)落在1967年12月15 日俄亥俄州上一座懸索橋的 吊鉤脆性破壞引起46人喪生的事件及因此而于1971 年頒布的全國(guó)橋梁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（NBIS。NBIS要求，對(duì)6. 1 m以上橋梁進(jìn)行資產(chǎn)管理 并要求由專(zhuān)人至少2年一次 進(jìn)行定期檢查。1978年開(kāi)始的H BRRP項(xiàng)目又大幅度 地提高了橋梁維修加固的費(fèi)用，并逐年增長(zhǎng)。圖2為19922003年的H BRRP認(rèn)可 的投資總額直方表。值得一提的是,H BRRP僅針對(duì)有缺陷橋梁的修復(fù)

9、，新建橋梁 的建設(shè)費(fèi)由其它聯(lián)邦資金供給，且聯(lián)邦補(bǔ)助的條件是各 州必須承擔(dān)項(xiàng)目費(fèi)的 25%。有很多橋梁沒(méi)有靠聯(lián)邦補(bǔ) 助而自籌經(jīng)費(fèi)建設(shè)起來(lái)了 。 作為高速公路橋梁的資本改良，每年全美用于橋梁 建設(shè)和拆建項(xiàng)目上的投資為 5000百萬(wàn)美元。1995年，高速公路管理、運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù) (Administration ,Operational & Maintenance ,簡(jiǎn)稱(chēng) AO&M 的支出為 51600百萬(wàn)美元 D 總 圖219922003年間HBRRP認(rèn)可的投資總額 設(shè)備改良資金為46500百萬(wàn)美元。也就是說(shuō)高速公路總投資的47. 4%用于資 本改良,51.6%用于AO&M。由此可見(jiàn)，每年從中支出用于橋

10、梁維持管理和運(yùn)營(yíng)的 5000百萬(wàn)美元是可能的,聯(lián)邦補(bǔ)助項(xiàng)目也有 不提供這000這時(shí)，高速公路管理者 ,7000座,改建約2000 , 1. 5%。在這同時(shí),每年約1% （座的橋梁出現(xiàn)缺陷。 但是,在政府性項(xiàng)目的支 持下,欠缺橋梁的數(shù)量從1982年的251000座,到1996年 的182726座,2000年的167993座,逐年在減少,隨著資金投入的增加,還將繼續(xù) 減少，這也正是聯(lián)邦道路廳的努力目標(biāo)。 3. 2 橋梁管理系統(tǒng) 原則上講,高速公路和橋梁是由各州、郡、市所有。FHW A和各州之間協(xié) 同工作，管理和運(yùn)營(yíng)聯(lián)邦道路補(bǔ)助系統(tǒng)。FHW A根據(jù)各州的人口、公路網(wǎng)規(guī)模 和等級(jí)、對(duì)聯(lián)邦信托資金的貢獻(xiàn)

11、等綜合考慮配發(fā)補(bǔ)助 。另外，分配給各州的H BRRP資金，由法律上規(guī)定的百分點(diǎn)而定。FHW A為了順利實(shí)施NBIS ,對(duì)橋梁檢 測(cè)人員和檢測(cè)的必要事項(xiàng)作了嚴(yán)格要求2。 美國(guó)各州在FHW A認(rèn)可下，各自開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的橋 梁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和管理軟 件。但為了公平合理地分配 資金,FHW A必須要有一套標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系。P ontis橋梁管理系統(tǒng)即在這種情況下由FHW A投資，與加利福尼亞、明尼蘇達(dá)、 北卡羅來(lái)納、田納西、佛蒙特、華盛頓等各州的交通局協(xié)作，劍橋體系與優(yōu)化 公司（Cambridge Systematic and Optima Operation顧問(wèn)共同開(kāi)發(fā)出來(lái) 了 。 P ontis 運(yùn)用

12、動(dòng)態(tài)整體規(guī)劃法（Dynamic Integer Pro 2 gramming、概率條件狀態(tài)劣化模型 （Probabilistic C ondi 2 tio n State Deterioration M odels 等手段對(duì)橋梁數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理， 以預(yù)測(cè)橋梁未來(lái)的維持管理和改建需要等（如圖3。 目前,由美國(guó)州際公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)AASHT O管理P ontis ,并移交給40 個(gè)州的交通局使用，但也有覺(jué) 得使用P ontis不自由的州在使用自己的管理系統(tǒng)。 86世界橋梁 2002年第2期 圖3Pontis體系的構(gòu)造框圖 3戰(zhàn)略性的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn) 盡管美國(guó)已廣泛使用P ontis橋梁管理系統(tǒng)，但仍

13、然有很多方面需要進(jìn)一步改 進(jìn)和開(kāi)發(fā)。FHW A目前的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)在以下3個(gè)方面：以提高橋梁非破損檢 測(cè)、評(píng)價(jià)技術(shù)和管理水平為目的的橋梁資產(chǎn)管理(bridge asset managemer系統(tǒng)的 建立；以開(kāi)發(fā)高性能鋼、高性能混凝土、FRP、鋁等高性能材料為目的的研 究； 述2方面的技術(shù)應(yīng)用 改進(jìn)、抗震問(wèn)題、腐蝕、 究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目如下： (1橋梁主要因素的檢查和狀態(tài)評(píng)價(jià),以及建立AASHT O的評(píng)價(jià)手冊(cè)(C on dition Evaluation Ma nual。(2以資金分配法為目的的如何利用和評(píng)價(jià)檢測(cè)數(shù)據(jù) 的方法研究。 (3快速定量的檢測(cè)橋面技術(shù)的進(jìn)一步研究。 (4疲勞裂縫的發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)技術(shù)的進(jìn)

14、一步研究。 (5高速公路橋的快速定量的承載力等級(jí)評(píng)價(jià)的進(jìn)一步研究。 (6包含最優(yōu)化法、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、模型建立等橋梁管理支持系統(tǒng)的進(jìn)一步研 究。 (7橋梁生命周期費(fèi)用的研究和開(kāi)發(fā)。 (8籌備高速公路非破損評(píng)價(jià)技術(shù)方面的國(guó)際會(huì)議。 (9籌備橋梁管理方面的國(guó)際會(huì)議。 為延長(zhǎng)高速公路橋梁的壽命，提高橋梁建設(shè)、修補(bǔ)材料的耐久性，高性能材 料的開(kāi)發(fā)和研究方面目前正在 進(jìn)行或?qū)⒁_(kāi)始的項(xiàng)目如下： (1提供給各州高性能材料試驗(yàn)評(píng)價(jià)項(xiàng)目上的支援。 (2關(guān)于大型高性能鋼材的研究。 (3針對(duì)高性能材料的規(guī)范的進(jìn)一步修訂。 (4關(guān)于FRP材料的設(shè)計(jì)規(guī)范的進(jìn)一步修訂。 (5推進(jìn)FRP材料性能方面的進(jìn)一步研究和數(shù)據(jù)積累。

15、上述兩個(gè)方面的研究發(fā)展將給橋梁的設(shè)計(jì)和建設(shè)帶來(lái)革新。近期的應(yīng)用項(xiàng)目 集中在AASHT O和各州協(xié)力開(kāi)發(fā)的橋梁設(shè)計(jì)綜合軟件、長(zhǎng)大橋的補(bǔ)強(qiáng)方法、 新抗。 4語(yǔ) 十五”計(jì)劃,在2001 ,兩縱兩橫三個(gè)重要路段”、國(guó)道主干線(xiàn)系統(tǒng)。到 2005年,全國(guó)公路總 里程將達(dá)到160萬(wàn)km ,高速公路超過(guò)2. 5萬(wàn)km ,99. 5%的鄉(xiāng) 鎮(zhèn)和93%的行政村通公路。 確保公路橋梁的正常運(yùn)營(yíng)是溝通公路全線(xiàn)的關(guān)鍵，我國(guó)現(xiàn)有的210286座橋梁 （總延米6935518m中，多數(shù)為30年左右的混凝土橋，由于設(shè)計(jì)、施工的缺陷和長(zhǎng) 期使用過(guò)程中的損傷、老化或?yàn)?zāi)害，逐漸暴露出混凝土 結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂、使用性能降 低、承載力不足、抗震性能不良等諸多問(wèn)題。 在我國(guó)大力興建公路橋梁的今天，良好地維護(hù)這些已營(yíng)運(yùn)多年的舊橋是保證國(guó) 家經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行的重要條件。本文希望通過(guò)美國(guó)在養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)建立和發(fā)展過(guò)程 中的經(jīng)驗(yàn)教