摘要：桥梁在施工和运营过程中会承受各种荷载和作用，随着运营期的增长，桥梁长期性能的退化问题严重影响桥梁的运营安全。长期性能是当今桥梁技术的研究热点，桥梁预防性管养更是今后的重点发展方向。本文介绍了桥梁长期性能研究的必要性和意义，综述了其国内外研究现状、存在的问题，并对进一步的研究进行了展望。
关键词：桥梁检测；长期性能；健康监测；桥梁养护
引言
近年来，随着我国经济的高速发展，我国交通基础设施取得了举世瞩目的成就，“五纵五横”为主骨架的综合运输大通道基本贯通。截止2015年底，我国公路桥梁总数达到77.92万座，总长4592.77万米，其中特大桥梁3894座，总长690.42万米，并且以每年2~3万的数量在不断增加，同时我国危桥数量达到了7.65万座，占比达到9.82%。
图1 我国危桥
根据发达国家的经验，桥梁在运营了20~30年后，将有20%桥梁的长期性能出现退化问题。即使全国各地部门投入了大量的人力物力，面对数量如此庞大的公路桥梁，当前的技术和资金仍然无法满足实际需求。
为保障桥梁结构的安全、适用与耐久，必须改变传统的“纠正式养护”方法，即被动地在桥梁出现明显病害后，“最先修复状况最坏的桥梁”；而改为采用更具主动性和前瞻性的“预防性养护”策略，以符合成本效益的行动来最大限度地延长桥梁使用寿命。
1桥梁长期性能的研究现状
桥梁长期性能是指桥梁在运营期内承受的复杂且耦合因素如交通流、荷载、冻融循环、除冰盐、雨水或大风等影响下表现出的功能或特性。长期性能是当今桥梁技术的研究热点，桥梁预防性管养更是今后的重点发展方向。
1.1 国外研究现状
2006年，日本开始了基于预防性养护的桥梁资产管理系统的研究，该系统按照桥梁工程实际需求，将整个管理流程划分为5个阶段，分别是：“设计/施工”、“点检”、“健全性评估”、“劣化预测”和“管理规划”。长寿命和全寿命周期成本最小化的理念贯穿桥梁的“诞生”、“成长”和运营全过程，“施工”和“点检”积累的各项数据供“健全性评估”使用，而“劣化预测”使用评估结果结合以往案例灵活开展综合性预测，最后，基于以上各阶段成果，“管理规划”在整个运营过程中选取适宜时机、采用最佳修补加固方案，以实现桥梁全寿命周期成本的最小化。
2008年，美国联邦公路局（FHWA）发起了桥梁长期性能研究研究计划（Long Term Bridge Program，简称LTBP）[1]。经过近10年的时间，LTBP计划取得了一系列成果：①建立了混凝土桥面板性能评估机器人RABITTM系统；BADT数据采集软件；长期性能数据库。②制定了典型桥梁的选取标准和67项无损检测标准（主要是目视检查和无损检测标准）。③完成了全美范围内7座典型桥梁的性能检测和数据采集工作；形成了以《桥梁性能入门》为代表的20多份研究报告。
欧盟2011年欧盟联合英、法、瑞、德等国，启动了为期3年的 “Mainline Project”项目。该项目完成了以《延长老旧基础设施寿命的新技术研究报告》和《更换淘汰基础设施的方法研究报告》为代表的若干研究报告；研发了用于结构性能劣化过程的监测与数据分析技术；最重要的是，完成了生命周期评估工具（LCAT）的开发工作，并在若干条铁路工程上进行了测试。
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1.2 国内研究现状
中国以往的桥梁研究主要集中在建设技术领域，管养方面的研究相对较少；同时，研究多以短期性能为主，对桥梁的耐久性能、检（监）测技术效果评估的研究较少。目前主要是开展实验室加速老化试验研究，模拟有代表性的桥梁运营环境与荷载作用效应，来研究桥梁材料与结构的性能退化模型。
范颖芳、周晶等[2]从原桥梁结构中取下6片钢筋混凝土梁（该梁在硫酸盐环境下受腐蚀10余年）进行承载力试验研究。2006年，我国制定了《混凝土结构耐久性设计规范》。
慕儒等[3]将梁经过120d的硫酸盐浸泡和荷载共同作用以探索腐蚀情况。马孝轩等[4]将20根钢筋混凝土桩投放到全国土壤腐蚀试验网大港中心站，进行大气腐蚀和土壤腐蚀的综合性试验研究。
哈尔滨工业大学研究了综合考虑混凝土收缩、徐变及预应力钢束松弛等时效因素对大跨径预应力混凝土桥梁结构的影响。
北方工业大学对变化湿度下钢筋混凝土梁长期变形开展了试验研究，得到不同湿度下混凝土徐变的发展规律和变化湿度对RC梁长期变形的影响。
同济大学、上海市政工程设计研究总院开展了预应力高性能混凝土梁长期性能试验研究，提出了综合考虑预应力张拉方式、截面应力差等多因素影响的预应力高性能混凝土梁长期挠曲变形的设计建议公式。
2桥梁长期性能研究存在的问题
通过对既有国内外桥梁长期性能研究成果的分析，可以看出目前我国研究主要存在以下几个问题：
（1）长期性能的研究多集中在材料层次和无应力状态下的单个构件层次，这与真实的桥梁结构使用状态不尽相同。（2）目前对桥梁整体结构的长期性能研究非常有限，尤其是针对钢混组合梁、连续梁-连续刚构、斜拉桥、悬索桥等特殊桥梁结构形式，基于长期健康监测大数据基础上，从影响因素、结构损伤以及对受力性能的影响和长期性能评估等方面的系统研究较少。（3）对桥梁结构的长期性能研究主要集中在一般环境，对于特殊复杂环境，长期性能研究非常少。（4）在桥梁长期性能监测检测技术方面，如无线传感测试技术、数据采集及通讯技术、无损检测等方面与发达国家还存在较大差距。（5）在理论方法和评估技术方面，缺乏实用的基于桥梁结构状态和退化模型的长期性能预测、养护规划与决策等方面的理论与方法，桥梁长期性能、承载能力评估及耐久性评估诊断技术等尚需进一步研究突破。
3研究展望
针对目前我国关于桥梁长期性能研究所存在的问题，笔者认为，未来研究方向应该从以下几个方面出发：
（1）将桥梁整体结构作为长期性能研究的出发点，在对施工中的结构形式、环境区域等影响因素进行分类的基础上，选择国内具有代表性的桥梁建立桥梁健康监测系统，进行长期观测和数据采集，建立包括检测数据、桥梁管理数据、天气、交通等资料的桥梁运营数据库，为桥梁长期性能研究提供数据基础。（2）在桥梁长期性能监测数据库的基础上，建立桥梁性能衰退模型，评估桥梁的性能状态，掌握性能衰退机制，最终建立符合中国桥梁特点的养护措施和管理体制。（3）建立桥梁长期性能设计体系。通过对公路桥梁运营阶段长期性能的研究，实现对结构设计的反馈，结合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的建立奠定基础。（4）加强监测、检测设备研发。研发精度高、稳定性好、使用寿命长的监测和检测装备，为桥梁长期性能研究提供良好的硬件设施。（5）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，加强同发达国家之间的桥梁技术交流。
21世纪以来新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起，世界桥梁强国都在为适应新的科技革命和迎接桥梁建养新高潮进行准备，为了赶超世界桥梁强国, 我国必须尽快规划桥梁科技发展战略、制订新的桥梁科技发展计划，全面提升中国桥梁技术创新能力和水平。
参考文献
[1]Federal Highway Administration, United States Department of Transportation. Bridge Programs [EB/QL]. (2011-4-7).
[2]范颖芳,周晶.受腐蚀钢筋混凝土构件受力性能研究现状[J].土木工程学报,2004(07):23-28.
[3]慕儒,孙伟,缪昌文.荷载作用下高强混凝土的硫酸盐侵蚀[J].工业建筑,1999(08):54-57+65.
[4]马孝轩,仇新刚,陈从庆.混凝土及钢筋混凝土土壤腐蚀数据积累及规律性研究[J].建筑科学,1998(01):7-12.
论文作者:鲁从森
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/16
标签：桥梁论文; 性能论文; 结构论文; 荷载论文; 技术论文; 预应力论文; 钢筋混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;