美國橋梁管理體系概觀.

1、 美國橋梁管理體系概觀 安琳 （東南大學,江蘇南京210096 摘 要：簡要介紹了美國聯(lián)邦道路廳對高速公路橋梁的管理運營方法，以及橋 梁的檢測和健全評價體系與未來該領域的研究和開發(fā)重點。 關鍵詞：橋梁；狀態(tài)等級；結構欠缺；功能欠缺；橋梁管理系統(tǒng) 中圖分類 號：U448;U445. 7文獻標識碼:A 文章編號：1671-7767（2002 02-0067-03 收稿日期:2002-01-04 作者簡介：安琳（1967-,女,副教授，1990年畢業(yè)于東南大學土木工程專業(yè), 工學學士，1993年畢業(yè)于東南大學結構工程專業(yè)，工學碩士 ,2000年畢業(yè)于東南大 學結構工程專業(yè)，工學博士，現(xiàn)在日本京都大學

2、做博士后研究，主要從事橋梁結構 養(yǎng)護、檢測和FRP加固等方面的工作。 1 緒 論 美國擁有世界上規(guī)模最大、效率最咼的咼速公路 網，全長約632萬km ,其中6m以上的橋梁有587755座，每日的交通量達 3700000百萬輛，過橋次數(shù)3000百萬次，脈。1960199811995年11tem ,簡稱 NHS、國防、。NHS的總長約25.6km （全國公路網的4. 1% ,但交通量約占全 國總量的43. 9%,且承擔大多數(shù)的貨物運 輸。NHS的橋梁有122000座（全國總量 的20% ,保證這些橋梁的安全性、健全性和使用性對NHS全線暢通是至關重要 C o 圖119601998年間干線公路延伸里

3、程 美國交通部（US Department of T ransportation聯(lián)邦道 路廳（FHW A負責陸上公路交通系統(tǒng)項目,主要是聯(lián)邦補助道路系統(tǒng)（Federal -aid Highway Program的運營和 管理部門，每年配給約20000百萬美元給各州政府 用于高速公路和橋梁的規(guī)劃、設計、建設和養(yǎng)護，其中包含1978年設立的公路 橋梁改建和維修加固項目（Highway Bridge Replaceme nt and Rehabilitation，簡稱 H BRRP中年約2800百萬美元的資金（全年資金的14%。聯(lián)邦補 金（即約11%的汽油稅，以及該領域的、管理。2 橋梁檢測與評價體

4、系2. 1 橋梁建設材料 美國從1930年后期開始興建州際高速公路體系,約59萬大中型橋梁和涵管的 現(xiàn)有公路網中，大多數(shù)是 在過去的30年中建設的，平均橋齡約為37年。涵管中 的90%為鋼筋混凝土結構；大多數(shù)橋梁在1970年前主要是鋼結構,之后的建設材 料主要為預應力混凝土 。因此，除去涵管外，目前橋梁中的40%是鋼結構，其余 的是混凝土、預應力混凝土、木制以及石、熟鐵（wrought iron、鋁 uminium 等材料的結構。美國有欠缺的舊橋 中60%是鋼結構。 2. 2 橋梁的狀態(tài)等級和健全性評價 FHW A對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)庫中。根據(jù) FHW A于1995年制訂的橋梁調查和評估指南1中要 求,每座橋共有116項調查項目。橋梁通常2年檢查一次,并設定其狀態(tài)等 級（con dition rati ng ,包括上部結構 的總體狀態(tài)等級（overall c on dition rati ng for the superstruc 2ture、下部結構的總體狀態(tài)等級 （overall con diti on rat ing for the substructure 和橋面的總體狀態(tài)等級 （overall co ndi 2tion rati ng for the deck ,從 0（不允 許的危險狀態(tài)，必須封 閉9（安全狀

6、態(tài)良好 分10個級別。 橋梁健全性評價項目分結構評價、水路評價、橋面 幅評價和橋下凈空評價。結構評價（structural evaluation appraisal由橋梁的承 載能力和日平均交通量來判定；水路評價（waterway appraisal由因洪水而使橋梁不 通的頻度來判定；橋面幅（deck geometry評價由橋面路緣石間的行車道寬、車道 數(shù)、交通方向和日平均交通量等判定 ；橋下凈空評價（under -clearanee appraisa由 橋下垂直與水平方向的空間、公路的機能、交通方向和是否有鐵道等因素判 橋梁欠缺分為結構欠缺 （structurally deficient和功

7、 能欠缺（functionally obs olete。橋梁結構欠缺的條件是：橋面、上部和下部結構的狀態(tài)等級均在 4級以下， 結構評價在2級以下（必須改建，水路評價在2級以下。功能欠缺的條件是：橋面 幅評價在3級以下（必須修復，橋下凈空評價在3級以下，結構評價和水路評價皆為 3級。 2. 3 健全性現(xiàn)狀 采用上述評定標準,美國在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%為結構 欠缺,70. 2%為功能欠缺。FHW A的近期目 標就是在今 后的10年內把欠缺橋梁的

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 管理與運營 3. 1 政府性項目 1993年,FHW A迎來了 100年慶典，這百年里的重 筆應落在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 年頒布的全國橋梁檢測標準（NBIS。NBIS要求，對6. 1 m以上橋梁進行資產管理 并要求由專人至少2年一次 進行定期檢查。1978年開始的H BRRP項目又大幅度 地提高了橋梁維修加固的費用，并逐年增長。圖2為19922003年的H BRRP認可 的投資總額直方表。值得一提的是,H BRRP僅針對有缺陷橋梁的修復

9、，新建橋梁 的建設費由其它聯(lián)邦資金供給，且聯(lián)邦補助的條件是各 州必須承擔項目費的 25%。有很多橋梁沒有靠聯(lián)邦補 助而自籌經費建設起來了 。 作為高速公路橋梁的資本改良，每年全美用于橋梁 建設和拆建項目上的投資為 5000百萬美元。1995年，高速公路管理、運營和養(yǎng)護 (Administration ,Operational & Maintenance ,簡稱 AO&M 的支出為 51600百萬美元 D 總 圖219922003年間HBRRP認可的投資總額 設備改良資金為46500百萬美元。也就是說高速公路總投資的47. 4%用于資 本改良,51.6%用于AO&M。由此可見，每年從中支出用于橋

10、梁維持管理和運營的 5000百萬美元是可能的,聯(lián)邦補助項目也有 不提供這000這時，高速公路管理者 ,7000座,改建約2000 , 1. 5%。在這同時,每年約1% （座的橋梁出現(xiàn)缺陷。 但是,在政府性項目的支 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。 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，管理和運營聯(lián)邦道路補助系統(tǒng)。FHW A根據(jù)各州的人口、公路網規(guī)模 和等級、對聯(lián)邦信托資金的貢獻

11、等綜合考慮配發(fā)補助 。另外，分配給各州的H BRRP資金，由法律上規(guī)定的百分點而定。FHW A為了順利實施NBIS ,對橋梁檢 測人員和檢測的必要事項作了嚴格要求2。 美國各州在FHW A認可下，各自開發(fā)了相應的橋 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必須要有一套標準化的管理體系。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、 北卡羅來納、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顧問共同開發(fā)出來 了 。 P ontis 運用

12、動態(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 等手段對橋梁數(shù)據(jù)進行處 理， 以預測橋梁未來的維持管理和改建需要等（如圖3。 目前,由美國州際公路與運輸協(xié)會（簡稱AASHT O管理P ontis ,并移交給40 個州的交通局使用，但也有覺 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體系的構造框圖 3戰(zhàn)略性的研究開發(fā)重點 盡管美國已廣泛使用P ontis橋梁管理系統(tǒng)，但仍

13、然有很多方面需要進一步改 進和開發(fā)。FHW A目前的研究開發(fā)重點在以下3個方面：以提高橋梁非破損檢 測、評價技術和管理水平為目的的橋梁資產管理(bridge asset managemer系統(tǒng)的 建立；以開發(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方面的技術應用 改進、抗震問題、腐蝕、 究開發(fā)項目如下： (1橋梁主要因素的檢查和狀態(tài)評價,以及建立AASHT O的評價手冊(C on dition Evaluation Ma nual。(2以資金分配法為目的的如何利用和評價檢測數(shù)據(jù) 的方法研究。 (3快速定量的檢測橋面技術的進一步研究。 (4疲勞裂縫的發(fā)現(xiàn)和評價技術的進

14、一步研究。 (5高速公路橋的快速定量的承載力等級評價的進一步研究。 (6包含最優(yōu)化法、數(shù)據(jù)庫設計、模型建立等橋梁管理支持系統(tǒng)的進一步研 究。 (7橋梁生命周期費用的研究和開發(fā)。 (8籌備高速公路非破損評價技術方面的國際會議。 (9籌備橋梁管理方面的國際會議。 為延長高速公路橋梁的壽命，提高橋梁建設、修補材料的耐久性，高性能材 料的開發(fā)和研究方面目前正在 進行或將要開始的項目如下： (1提供給各州高性能材料試驗評價項目上的支援。 (2關于大型高性能鋼材的研究。 (3針對高性能材料的規(guī)范的進一步修訂。 (4關于FRP材料的設計規(guī)范的進一步修訂。 (5推進FRP材料性能方面的進一步研究和數(shù)據(jù)積累。

15、上述兩個方面的研究發(fā)展將給橋梁的設計和建設帶來革新。近期的應用項目 集中在AASHT O和各州協(xié)力開發(fā)的橋梁設計綜合軟件、長大橋的補強方法、 新抗。 4語 十五”計劃,在2001 ,兩縱兩橫三個重要路段”、國道主干線系統(tǒng)。到 2005年,全國公路總 里程將達到160萬km ,高速公路超過2. 5萬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營是溝通公路全線的關鍵，我國現(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，由于設計、施工的缺陷和長 期使用過程中的損傷、老化或災害，逐漸暴露出混凝土 結構的開裂、使用性能降 低、承載力不足、抗震性能不良等諸多問題。 在我國大力興建公路橋梁的今天，良好地維護這些已營運多年的舊橋是保證國 家經濟正常運行的重要條件。本文希望通過美國在養(yǎng)護管理系統(tǒng)建立和發(fā)展過程 中的經驗教