美国桥梁管理体系概观.docx
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美国桥梁管理体系概观
美国桥梁管理体系概观
安 琳
（东南大学,江苏南京210096
摘 要:
简要介绍了美国联邦道路厅对高速公路桥梁的管理运营方法,以及桥梁的检测和健全评价体系与未来该领域的研究和开发重点。
关键词:
桥梁;状态等级;结构欠缺;功能欠缺;桥梁管理系统中图分类号:
U448;U445.7 文献标识码:
A
文章编号:
1671-7767（200202-0067-03
收稿日期:
2002-01-04
作者简介:
安 琳（1967-,女,副教授,1990年毕业于东南大学土木工程专业,工学学士,1993年毕业于东南大学结构工程专业,工学硕士,2000年毕业于东南大学结构工程专业,工学博士,现在日本京都大学做博士后研究,主要从事桥梁结构养护、检测和FRP加固等方面的工作。
1 绪 论
美国拥有世界上规模最大、效率最高的高速公路
网,全长约632万km,其中6m以上的桥梁有587755座,每日的交通量达3700000百万辆,过桥次数3000百万次,脉。
1960~199811995年11tem,简称NHS、国防、。
NHS的总长约25.6km（全国公路网的4.1%,但交通量约占全国总量的43.9%,且承担大多数的货物运输。
NHS的桥梁有122000座（全国总量的20%,保证这些桥梁的安全性、健全性和使用性对NHS全线畅通是至关重要的
。
图1 1960~1998年间干线公路延伸里程
美国交通部（USDepartmentofTransportation联邦道
路厅（FHWA负责陆上公路交通系统项目,主要是联邦补助道路系统（Federal-aidHighwayProgram的运营和管理部门,每年配给约20000百万美元给各州政府用于高速公路和桥梁的规划、设计、建设和养护,其中包含1978年设立的公路桥梁改建和维修加固项目（HighwayBridgeReplacementandRehabilitation,简称HBRRP中年约2800百万美元的资金（全年资金的14%。
联邦补
金（即约11%的汽油税,以及该领域的、管理。
2 桥梁检测与评价体系2.1 桥梁建设材料
美国从1930年后期开始兴建州际高速公路体系,约59万大中型桥梁和涵管的现有公路网中,大多数是在过去的30年中建设的,平均桥龄约为37年。
涵管中的90%为钢筋混凝土结构;大多数桥梁在1970年前主要是钢结构,之后的建设材料主要为预应力混凝土。
因此,除去涵管外,目前桥梁中的40%是钢结构,其余的是混凝土、预应力混凝土、木制以及石、熟铁（wroughtiron、铝（aluminium等材料的结构。
美国有欠缺的旧桥
中60%是钢结构。
2.2 桥梁的状态等级和健全性评价
FHWA对6.1m以上的桥梁信息（如桥址、所有者、
材料、交通量、现状等均记录在管理数据库中。
根据
FHWA于1995年制订的桥梁调查和评估指南[1]中要
求,每座桥共有116项调查项目。
桥梁通常2年检查一次,并设定其状态等级（conditionrating,包括上部结构的总体状态等级（overallconditionratingforthesuperstruc2ture、下部结构的总体状态等级（overallconditionratingforthesubstructure和桥面的总体状态等级（overallcondi2tionratingforthedeck,从0（不允许的危险状态,必须封
闭~9（安全状态良好分10个级别。
桥梁健全性评价项目分结构评价、水路评价、桥面
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6美国桥梁管理体系概观 安 琳
幅评价和桥下净空评价。
结构评价（structuralevaluationappraisal由桥梁的承载能力和日平均交通量来判定;水路评价（waterwayappraisal由因洪水而使桥梁不通的频度来判定;桥面幅（deckgeometry评价由桥面路缘石间的行车道宽、车道数、交通方向和日平均交通量等判定;桥下净空评价（under-clearanceappraisal由桥下垂直与水平方向的空间、公路的机能、交通方向和是否有铁道等因素判定。
桥梁欠缺分为结构欠缺（structurallydeficient和功能欠缺（functionallyobsolete。
桥梁结构欠缺的条件是:
桥面、上部和下部结构的状态等级均在4级以下,结构评价在2级以下（必须改建,水路评价在2级以下。
功能欠缺的条件是:
桥面幅评价在3级以下（必须修复,桥下净空评价在3级以下,结构评价和水路评价皆为3级。
2.3 健全性现状
采用上述评定标准,美国在1998年陷桥梁为172582座（182,
93076座（10151879座（81208座。
功。
NHS中的高速公路桥梁中有23.1%（25.8%的欠缺桥梁,29.8%为结构欠缺,70.2%为功能欠缺。
FHWA的近期目标就是在今后的10年内把欠缺桥梁的比率降低到20%以下,这就意味着10年间将有40000座以上桥梁必须改良。
3 管理与运营
3.1 政府性项目
1993年,FHWA迎来了100年庆典,这百年里的重笔应落在1967年12月15日俄亥俄州上一座悬索桥的吊钩脆性破坏引起46人丧生的事件及因此而于1971年颁布的全国桥梁检测标准（NBIS。
NBIS要求,对6.1m以上桥梁进行资产管理,并要求由专人至少2年一次进行定期检查。
1978年开始的HBRRP项目又大幅度地提高了桥梁维修加固的费用,并逐年增长。
图2为1992~2003年的HBRRP认可的投资总额直方表。
值得一提的是,HBRRP仅针对有缺陷桥梁的修复,新建桥梁的建设费由其它联邦资金供给,且联邦补助的条件是各州必须承担项目费的25%。
有很多桥梁没有靠联邦补助而自筹经费建设起来了。
作为高速公路桥梁的资本改良,每年全美用于桥梁建设和拆建项目上的投资为5000百万美元。
1995年,高速公路管理、运营和养护（Administration,Operational&Maintenance,简称AO&M的支出为51600百万美元,
总
图2 1992~2003年间HBRRP认可的投资总额
设备改良资金为46500百万美元。
也就是说高速公路总投资的47.4%用于资本改良,51.6%用于AO&M。
由此可见,每年从中支出用于桥梁维持管理和运营的5000百万美元是可能的,,联邦补助项目也有不提供这000这时,高速公路管理者
7000座,改建约2000,1.5%。
在这同时,每年约1%（座的桥梁出现缺陷。
但是,在政府性项目的支持下,欠缺桥梁的数量从1982年的251000座,到1996年的182726座,2000年的167993座,逐年在减少,随着资金投入的增加,还将继续减少,这也正是联邦道路厅的努力目标。
3.2 桥梁管理系统
原则上讲,高速公路和桥梁是由各州、郡、市所有。
FHWA和各州之间协同工作,管理和运营联邦道路补助系统。
FHWA根据各州的人口、公路网规模和等级、对联邦信托资金的贡献等综合考虑配发补助。
另外,分配给各州的HBRRP资金,由法律上规定的百分点而定。
FHWA为了顺利实施NBIS,对桥梁检测人员和检测的必要事项作了严格要求[2]。
美国各州在FHWA认可下,各自开发了相应的桥梁数据采集系统和管理软件。
但为了公平合理地分配资金,FHWA必须要有一套标准化的管理体系。
Pontis桥梁管理系统即在这种情况下由FHWA投资,与加利福尼亚、明尼苏达、北卡罗来纳、田纳西、佛蒙特、华盛顿等各州的交通局协作,剑桥体系与优化公司（CambridgeSystematicandOptimaOperation为顾问共同开发出来了。
Pontis运用动态整体规划法（DynamicIntegerPro2gramming、概率条件状态劣化模型（ProbabilisticCondi2tionStateDeteriorationModels等手段对桥梁数据进行处理,以预测桥梁未来的维持管理和改建需要等（如图3。
目前,由美国州际公路与运输协会（简称AASHTO管理Pontis,并移交给40个州的交通局使用,但也有觉得使用Pontis不自由的州在使用自己的管理系统。
86世界桥梁 2002年第2期
图3 Pontis体系的构造框图
3 战略性的研究开发重点
尽管美国已广泛使用Pontis桥梁管理系统,但仍然有很多方面需要进一步改进和开发。
FHWA目前的研究开发重点在以下3个方面:
①以提高桥梁非破损检测、评价技术和管理水平为目的的桥梁资产管理（bridgeassetmanagement系统的建立;②以开发高性能钢、高性能混凝土、FRP、铝等高性能材料为目的的研究;
述2方面的技术应用
改进、抗震问题、腐蚀、
究开发项目如下:
（1桥梁主要因素的检查和状态评价,以及建立AASHTO的评价手册（ConditionEvaluationManual。
（2以资金分配法为目的的如何利用和评价检测数据的方法研究。
（3快速定量的检测桥面技术的进一步研究。
（4疲劳裂缝的发现和评价技术的进一步研究。
（5高速公路桥的快速定量的承载力等级评价的进一步研究。
（6包含最优化法、数据库设计、模型建立等桥梁管理支持系统的进一步研究。
（7桥梁生命周期费用的研究和开发。
（8筹备高速公路非破损评价技术方面的国际会议。
（9筹备桥梁管理方面的国际会议。
为延长高速公路桥梁的寿命,提高桥梁建设、修补材料的耐久性,高性能材料的开发和研究方面目前正在进行或将要开始的项目如下:
（1提供给各州高性能材料试验评价项目上的支援。
（2关于大型高性能钢材的研究。
（3针对高性能材料的规范的进一步修订。
（4关于FRP材料的设计规范的进一步修订。
（5推进FRP材料性能方面的进一步研究和数据积累。
（6高性能材料技术建议的提出。
上述两个方面的研究发展将给桥梁的设计和建设带来革新。
近期的应用项目集中在AASHTO和各州协力开发的桥梁设计综合软件、长大桥的补强方法、新抗。
4 语
“十五”计划》,在2001~,“两纵两横三个重要路段”、国道主干线系统。
到2005年,全国公路总里程将达到160万km,高速公路超过2.5万km,99.5%的乡镇和93%的行政村通公路。
确保公路桥梁的正常运营是沟通公路全线的关键,我国现有的210286座桥梁（总延米6935518m中,多数为30年左右的混凝土桥,由于设计、施工的缺陷和长期使用过程中的损伤、老化或灾害,逐渐暴露出混凝土结构的开裂、使用性能降低、承载力不足、抗震性能不良等诸多问题。
在我国大力兴建公路桥梁的今天,良好地维护这些已营运多年的旧桥是保证国家经济正常运行的重要条件。
本文希望通过美国在养护管理系统建立和发展过程中的经验教训给我国正在进行的桥梁养护管理体系的建设以启迪和借鉴。
参 考 文 献:
[1]FHWA.RecordingandCodingGuidefortheStructureInventoryandAppraisaloftheNation’sBridges.1995.
[2]AASHTOManualforbridgemaintenance&AASHTOManualforconditionassessmentofbridges.
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