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21世纪桥管理
1
21世纪桥管理
詹姆斯·e·罗伯茨ASCE的名誉会员,ACID的荣誉会员，土木运输部首席副主任；以及体育加州运输部的理查德·谢泼德,
介绍
不应该有争议对于生活质量和经济活力的现代
文明是依赖于基础设施的言论,应给以支持。
其中最重要的是运输系统了,它提供的货物运输和服务以及
文明公民的迁移。
政府已经做出了巨大的投资在高速公路系统上，自从1950年已致使美国被公认为有最大和大多数现代化高速公路系统的国家。
在这个高速公路系统中,桥梁是单独的并且是最重要的一个环节。
众所周知没有桥梁，公路运输将会举步维艰。
有鉴于此,加州交通部不断采取积极措施来保护桥梁的基础设施并且努力的改造项目和创建地震桥梁的冲刷缓解计划。
以下这些活动,充分体现了这个部门在这些领域的地位:
•实现现代桥梁管理哲学的最优维护策略
•开发新性能的措施
•研究和评价的新材料和技术
美国的其他许多州已经开始了类似的计划。
为了维护完整的库存，老旧桥梁的养护和康复必须由桥所有者做出较大的投资。
即将竣工的州际高速公路系统,需要重新审视和研究各自的角色，已然联邦、州和地方政府对这个国家的
交通系统已经得到了广泛的认同。
为了回应这个需要,AASHTO发起了其2020年的一个运输项目，这个项目十多年以前是作为一个公共交通的学习共识存在。
关于运输的研究,目的是提供广泛支持和建议,国会和其他我们所周知的机构将会准备短期和长期的措施。
作为这种努力的一部分,在1988年AASHTO发表一份文件名为“保持美国
移动的底线“的文章，这是一篇简洁而又
明确声明国家交通运输需求的文章。
此文章一部分的报告致力于主体桥梁和桥梁养护。
从国家的桥梁工程师维修工程师角度来看，我们相信我们需要看“服务水平”也就是为一个特定的路线紧急
修理和维护的水平。
城市低线路维护桥梁正在成为一个问题;机会窗口,包括选择
夜间工作,正在萎缩。
交通处理在于修理方面现在已成为一个主要的问题。
这些问题
用来强调哲学,良好的维护始于良好的设计。
因此应把避免产生问题放在第一位。
2
桥梁养护管理应该是在做什么?
我们认为以下是些好的建议:
•保持高质量检验计划,配备你最有经验最专业的工程师。
•保持积极的预防维护程序防止腐蚀发生,治疗甲板或覆盖以防延迟恶化,寻找新的产品和技术快速维修。
•使用设计特点,旨在降低未来的维护需求。
例如使用厚高容量对交通频繁地带，减少热伸缩接头和其他
类型的甲板关节。
与现代建模技术和计算机程序我们有能力通过表面接缝建设多于2000米的桥梁模型，然而交通的要求使得进入其中维修和保养十分困难。
以下是关于桥梁管理项目众多主要的元素
•桥梁保养
•桥修复更换
•商品运动分析（确保桥梁可以处理在加载）
桥梁养护哲学
桥梁养护始于好的设计,应该注意避免这些曾今产生过问题的细节。
第二个因素是严格的质量控制和质量的保证（所有者）在施工期间。
三是及时和彻底的维修检查，工程师监督并附带检查员重复分析的书面报告，且见机行事。
尽管事实上,良好的维护是世界公认的最有效的选项。
州,以及美国的当地政府目前明确指出使用分配联邦基金来作用于养护桥梁。
美国当前的联邦政策允许使用公路燃油税金作为新的桥梁建设和替换修复的旧桥梁的资金。
大多的当地政府和许多国家并没有采取桥梁养护计划,因为迫于他们使用所有的高速公路的资金建设新建筑的压力。
由于这个一个非常现代的理论,联邦和地方政府,同时约每年花费50亿美元作为桥梁的替换和康复。
这些美元不包括,许多州和地方政府大量花费在桥梁维护。
尽管这一理论的努力,近220000（40%）的国家的600000名桥梁被认为是缺乏资格作为公路大桥更换和康复计划（HBRRP）资助候选桥梁。
最后的报告估价出，来纠正缺陷的桥梁超过了510亿美元。
这是一个悲伤的评论对于这个最富有且最富裕的国家在世界。
美元估计的数量同需要维修桥梁的数量预计将继续增长。
由于一大部分桥梁需要替换，另外一些组织开始着眼于桥梁的维护和替换工作。
待办事项列表是动态的!
曾今联邦、州和地方政府在康复和更换桥梁投入的增加没有跟上一个桥老化的速度,这是由于某些情况下当时设计未考虑到受交通量和车辆重量的原因,有时会遭受来自应用程序的除冰盐,在某些情况下可能得到了及时的维护。
在这一点,桥梁管理策略未来可能需要专注。
尽管HBRRP的资金稳步增长自该计划成立以来,桥梁需要积压的如今比以前更大,且仍然在增长。
康复和更换高成本策略而维护和执行有效时间可以显著增加寿命低得多的结构的成本。
当然,维护是不可能得,防止一个桥功能的退化但是它可以有效地阻止或完全消除这些结构性缺陷发生,当在一个
工程材料的持续恶化没有减轻时。
在一些机构,只是基金不能更好得完成维护计划,目前的解决方案可能是HBRRP自主解决。
替换成为过早和可预测的要求,桥梁被忽视,然而联邦项目基金的可用性被严重反对,提高重点维护在进行有限的预算资源中。
许多极端的桥梁养理论在美国比比皆是，他们总是恶化
和忽视钢铁和混凝土桥梁都没有维护程序的存在，于此是为了别的一些国家都采取桥梁维修计划并承诺将实质性的资金投入项目。
我是幸运的在我的这个国家里有一个强有力的维修项目作为保护数十亿美元的投资在超过12000座桥梁和其他结构的高速公路系统中。
超过500个人,1000万美元的材料和设备和600万美元合同维修税费每年为这个程序。
此外,超过1亿美元每年花在康复和更换旧桥梁上。
74名桥梁专业的工程师和支持人员被分配到这个工作上来,包括三个许可工程师潜水员和两个检测工程师以及调查关键断裂的
桥梁的成员。
现联邦政府,正在关注桥梁由于关键的钢结构组织的失败和河床冲刷引起地基失效导致了国会和国家运输安全委员会（NTSB）的听证会。
这些听证会已经造成了起草新法规检查潜在的易冲刷桥梁、断裂的重要桥梁,水下检查桥梁基础。
由于增强分析过程提供现代计算机技术,和
先进的经济原则所提供的现场操作的研究,在19世纪80年代一个系统的桥梁
管理网络方法的开始发展。
建筑得到了足够的发展,在1989年,供和加州的简约与最适条件的公司和剑桥
分类学公司开发了一种新型桥梁管理系统，这个系统有足够的灵活性，能够实现各种状态在未来几年。
这座桥管理系统（Pontis）将取代现行的程序主要基于充足主观的评级。
这个管理系统已经广泛被使用在除了加州以外的38个州。
与此同时另一种桥梁管理程序称为布瑞吉特也正在被使用在及少的几个州。
在过去的十年,已经完成了大量的工作在科技领域的共享和合作研究关于在桥梁设计、施工和维护技术方面。
最近几年AASHTO的国家合作研究项目在资助高速公路（砂浆）已大大加强其桥梁工程研究项目,许多这些努力已经
反映在最近批准和发布的AASHTO在桥梁领域的技术指南中。
这些包括:
•引导规范的钢桥疲劳设计,1989
•指导性规范强度评价现有的钢和混凝土桥梁,1989
•指导性规范桥梁栏杆,1989
•指导性规范的设计与施工节段混凝土桥梁,1989
一个新的主要负载和阻力系数设计（LRFD）代码已由AASHTO根据国家合作公路研究（砂浆）,合并材料性能最新研究的结果、设计技术和桥梁的安全性和寿命发展起来了。
大量的杰出设计咨询公司和大学的研究人员从事这个重大的工作。
新代码发表在1992年1月,在1997年被采纳为指导规范。
在1999年,这个规范采用新标准对桥梁设计规范。
其主要创新在于为桥梁提供一个统一的可靠性指标。
其他的联合研究AGC-AASHTO-ARBTA任务部队,包括从行业代表、学术界、顾问和公共机构。
这个集团最近完成了对桥面康复的指导方针所采用的成员机构,包括AASHTO。
另一个专责小组项目开发了一个类似的方针为保护混凝土免受腐蚀;这个文档在1992年初，有几种出版物,是由AASHTO编制的。
AASHTO已经出版了许多文件，通过这些文件他们辅助州以及当地私人机构设计建造和维护桥梁在自己管辖范围内:
•LRFD规范公路桥梁和临时规范（包括部分二世建筑）通常被称为LRFD桥梁设计规范。
•手动为条件评价的桥梁
•手册进行维护检查的桥梁
•桥检查员的培训手册
联邦高速公路管理局已经产生了“记录和编码向导结构的库存和评价国家的桥梁”指南。
本指南是更普遍的认识为“编码指南”使用的美国（和当地辖区）的记录和编码数据元素,将形成一个桥数据库。
数据是由供料的
国家桥库存系统（NBIS）和每年更新一次的数据提供的。
最近,FHWA采用AASHTO一般公认的元素（核心）手册使用新的项目元素水平检验要求。
优化桥梁养护
在一个单位基数、桥梁代表更大的投资超过了高速公路系统的任何其他元素。
在所有类型的“失败公路”,还原或损失的桥梁服务有最高的潜在干扰人员和货物有效运动,甚至更重要的是在失败的情况下,携带最高的公共安全风险。
一座桥的重要性完整性的库存许多年前就已经意识到了,但不幸的是,传统的管理系统应用到桥技术都不是很成功。
一般缺乏成功的桥梁管理系统可以指责
主要结构响应的复杂性服务。
发展Pontis项目已经成功解决了这些问题,现在正在加州，至少38其他有关国家应用。
新的管理概念来自我们的桥梁管理系统的实现（BMS）已经开始建议新的节省费用的方法。
这些新工具允许我们预测一个桥的条件或一个网络桥梁30年后的未来。
这个新“水晶球”将使我们能够迁移到更有效的维护策略。
概念如一个“可选的维护策略”和“长期稳定状态需要”已经开始吸引许多运输系统的经理。
虽然我们数据收集付出了努力在1992年Pontis项目,我们现在只能在一个位置开始实施严格的分析模型。
在接下来的几年,项目选择和推荐的编程水平应该开始走向最优稳态条件下的桥接网络,这样最大的好处是可以
获得资金。
这个概念的一个最优维护策略意味着执行小型项目，在正确的时间来避免更大的成本和更换。
康复这个政策导致更少的支出和提供更少的中断用户的运输系统。
到图这新方向的最优维护策略,我们需要消除积压的“紧急”工作并开始执行最优维修工作,将使我们能够避免更高的未来成本。
早期预测的长期最优维修国家公路桥梁需要约30美元每年几百万（图1）。
目前桥梁养护的支出估计约1000万美元从所有来源里说。
虽然我们迄今的结果只是初步的,一旦完全实现,我们预计Pontis将指导我们对桥梁实施最有效的维修计划。
图1长期最优维护的需求
0
5000000年
10000000年
15000000年
20000000年
25000000年
30000000年
35000000年
40000000年
45000000年
50000000年
美元
196619971998199920002001
年
长期的最优维护的需求
预测
Rec工作
新的绩效衡量
这里已经开发了新性能措施，这个措施可以使用元素水平检验数据并收集。
一个新性能测量称为健康指数（HI）的措施针对一个桥梁结构的条件,运用定量条件数据收集的一部分资料,对我们的桥梁进行检验工作。
我们发现我们的桥梁也显示出恶化的征兆,但平均年龄相对年轻,我们的桥梁库存比其他州和整体条件的网络认为是好的。
除非得到足够的资源来抵消预期的加速度,作为我们的网络时代我们可以预期的减少健康指数反映出来的持续恶化。
这座桥的健康指数是一个0-100的排名系统对桥梁进行养护。
任何桥的健康是一个函数的各种条件评估评级从桥梁检查记录中的出的。
桥梁健康指数权重每个元素在每个条件下的状态（考虑到不同数量的条件的状态）对失败的成本元素。
加权系统允许测定值在桥上减少每个缺乏元素。
桥上一个所有元素总和值的,然后比较总和减少价值的任何缺乏元素;这两个数字的比例是桥的健康指数。
健康指数可以发展为一个桥或者一群桥梁,因此提供一个卓越的性能测量和管理工具,用于桥梁养护。
这个办公室的结构维护和调查目前正在报道,将结合预测恶化的桥和健康指数的库存，允许我们预测库存的状况在未来几年基于各种融资水平。
健康指数也被纳入员工分配过程和年度维护绩效评估报告（图2）
图2桥健康指数由公路区
桥梁健康指数:
一个新的性能测量
在加州,需要有一个数字,可以用来判断指数的表现我们维护和重建的努力是没有达到联邦充分性评级。
为了应对这一情况,我们研制了加州桥梁健康指数。
82.00
84.00
86.00
88.00
90.00
92.00
94.00
96.00
98.00
健康（%）
123456789101112
这座桥的健康指数是用0-100数值来评定,利用元素检验数据确定桥梁或网络的桥梁剩余的资产价值。
在健康指数（HI）操作的前提下,每个元素在桥上有一个初始资产价值这是个新的条件。
随着时间的推移一个元素可能恶化到一个较低的条件导致减少资产价值。
当维修或康复行动执行时,可能会改善和元素对应的资产价值使其将会增加。
在任何时间点当前元素条件状态下可以通过现场检查或预测未来确定使用退化模型。
一旦条件分布是已知的,当前元素值就确定了在桥上所有元素。
HI,为大桥的比率电流元素值，初始元素值的所有元素在桥上。
应用概念网络的桥梁,整个网络都被视为一个大的结构包含所有元素数量、条件分布在网络中的总和。
计算方法
这个计算公式的健康指数遵循:
健康指数（HI）=（ΣCEV/ΣTEV）*100
地点:
总元素值（TEV）=总元素数量*失败成本的元素（FC）
当前元素值（CEV）=Σ（数量条件Statei*WFi）*FC
下面的表给出了权重因子的条件状态（WF）。
电导率数量1状态2状态3状态4状态5
3电导率。
州1.000.500.00
4电导率。
州1.000.670.330.00
5电导率。
州1.000.750.500.250.00
或数学:
（WF）=（1-（条件状态#-1）（1/状态数-1）]
下面的示例给出了应用示范的健康指数公式对于一个样本桥:
样品元素分布为一座桥
元素
描述单位
总
定量
州州2状态3状态4状态5单元故障
（FC）
浓缩的。
甲板平方。
m300300600美元
钢桁m1003453500美元
钢筋混凝土Abutmenm24247700美元
钢筋混凝土柱ea449000美元
接缝密封米2424556美元
确定桥总元素值（TEV）
元素描述计算产生的元素值
浓缩的。
甲板300*600180000美元
钢桁100*3500350000美元
钢筋混凝土拱座24*7700184800美元
钢筋混凝土柱4*900036000美元
接缝密封24*55613344美元
总计764114美元
总元素值（TEV）=764144美元
确定桥电流元素值（CEV）
元素Descri
计算
产生CEV
元素健康
浓缩的。
甲板300*0.5*60090000美元50.00
钢桁（（61*1.0）+（34*0.75）+（5*0.5））*3311500美元89.00
钢筋混凝土拱座24*1.0*7700184800美元100.00
钢筋混凝土柱4*1.0*900036000美元100.00
接缝密封24*0.0*5560.00-00.00美元
总计622300美元
当前元素值（CEV）=622,30美元在上面的示例中,计算桥梁的健康指数（HI）是由:
健康指数（HI）=（ΣCEV/ΣTEV）*100
HI=（$622300/$764144）*100=81.4
使用在加州的健康指数
加州的桥梁使用桥健康指数已经影响了业务流程D的管理。
通过查看一个桥梁或一个网络桥梁的健康指数，可以快速确定其结构质量和客观地比较它和其他桥梁或网络的桥梁。
目前加州使用健康指数帮助分配资源,帮助区域桥梁养护和修复性能以及提供水平的服务指标。
加州也正在开发使用健康指数来帮助评估年度预算的策略和生命周期性能维护和修复行动。
性能测量
在加州,每个区管理着自己的桥梁养护活动。
桥梁是一个条件函数，使用可用的资源和管理策略帮助
判断每个地区管理策略使用的性能,桥梁健康使用索引。
全国范围内的目标是至多不能超过5%的桥梁
在80年内破坏。
地区的有效性。
年代桥梁管理活动是判断他们是否有能力积极向这个目标移动（图3）。
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
%低于80
12345678910111213
地区
图3%低于期望的健康指数在公路区
资源配置
当分配资源到各地,混合使用一个分配公式,一个函数的大小,组成,是和众多每个地区的桥库存相关。
如果桥梁都是相同的大小和遭受同样的交通拥堵,我们希望这个基线是一致的区域边界。
然而,由于资源的短缺,
操作实践和环境问题,每个区。
年代网络状态代表的健康指数是不同的。
该地区。
年代网络健康指数是用来调整分配公式,这样基本分配比例增加桥库存与不良网络的健康指数。
服务水平指标的健康指数作为衡量工作的表现和使用它的分配资源接受实践内部混合。
然而,对于一个外行,一个视觉表象转换一个桥梁物理条件使得健康指数得以发展。
这种视觉利用不同的状态表示，可以从元素水平检验过程定义。
视觉表象在加州创建，用于定义维护和康复的桥梁服务。
下面的照片（图4）显示样品的视觉层次的服务范围。
健康100健康90-99.5-89.5健康健康8070-79.5健康低于70
图4的健康指数的桥元素
预算基于健康指数
桥梁管理者常常需要评估几个预算场景对未来一个桥接网络条件的影响。
评估影响的多个预算值和一个桥接网络的条件可以通过应用健康指数概念来模拟未来的条件。
大多数桥梁管理软件程序有能力预测未来行为是基于一些逻辑建模。
选择的行动,由管理系统软件既一个函数的可用预算保存操作。
如果可用的预算
达到最少数量，,管理系统软件可以选择的行动将会被限制，相应的健康指数也会被网络减少。
通过评价在
网络上健康指数的变化，有可能呈现出将来的状态且作为整个预算的基础在网络价值中得以改变。
指数条件和资产价值都是一种工具,由此允许桥管理者快速转换价格条件。
下面的图5演示了一个预算是基于健康指数图随时间四个样品资助水平的变化。
比较激进的资金以少量资金,桥梁管理器可以有效地
演示的变化随着时间的健康指数基于各种预算选项。
这个
关键特性的健康指数是一个桥经理可以直接关联桥条件
资产价值。
图5预算基于健康指数
演示此概念的力量,认为激进的筹资水平显示在
上图是每年10000000美元,最低资金曲线代表了1000000美元
每年的资金水平。
如果整体资产价值的网络是30000000000美元,
变化百分比在健康指数在这两个选择是41%的资金然后
减少资产价值被选择最小的融资情况是12300000000美元
一百一十年地平线。
选择最小的融资计划将减少支出
超过十年的90000000美元,但将花费12300000000美元的机构在资产价值。
这个
AASHTOPontis桥管理软件承认的权力,预算的基础
健康指数和承认这一概念在当前版本的软件。
预算基于健康指数
0
25
50
75年
100年
12345678910
项目年度
没有
最小
温和
咄咄逼人
项目资金
版权20042001土木结构
结构从ascelibrary.org下载2001兰州大学11/23/12的技术。
版权土木。
对于
个人只使用,保留所有权利。
11
测量改进条件以下保护行动
的主要目标是维护任何桥项目结构的状况
确定和执行保存操作。
通常的几种方案
保存一个桥必须比较。
桥梁管理应用软件
面向确定优先保护的行动基于经济效益成本
分析。
桥梁健康指数提供了一个额外的工具,允许桥经理
能力来确定资产价值的增加的桥和预期寿命延长
执行一个动作。
图6展示了一个示例健康指数图,其中包括随着时间的
主要工程项目年度5。
图6健康指数与维修活动
可以看出,主要的行动项目年度5的结果在一个戏剧性的增加健康
指数,可以表示为资产价值增加了38%的结构。
这个
许多年,它需要桥想恢复健康前行动
是许多年了,这个项目已经买了拓展的生活。
任何行动或
结合行动有一个初始成本和效益作为衡量资产价值的变化
和预期寿命的增加。
耦合经济优化与健康指数
概念可以提供桥经理一个水晶清晰的成本、条件和
预期寿命增加的任何拟议的项目。
商品运动
桥梁固有创建货物流动的障碍,是因为他们的几何学图形
限制负载过高通过在结构和他们的结构能力可以
限制荷载过大无法穿过结构。
一个好的桥梁管理程序
必须将这一过程能迅速评估车辆负载,运送货物吗
在整个高速公路系统。
与
Pontis桥管理软件。
Virtis将包含新的负载和阻力
因素评级（LRFR）规范。
实现将允许Virtis一致,
理性的和快速的桥梁结构分析了路线提供很多好处如:
行动有效性
50
60
70年
80年
90年
100年
1234567891011121314
项目年度
健康指数
增加生活由于
一个ti
增值
版权20042001土木结构
结构从ascelibrary.org下载2001兰州大学11/23/12的技术。
版权土木。
仅供个人使用,保留所有权利。
12
1。
快速应急反应。
存储结构模型将所有用于快速内Virtis
在紧急情况下结构分析的目的是修复损坏的影响
结构和确定可行性的移动重应急施工设备
在结构进入灾区;
2。
安全、有效的运动——许可证允许通信路由负载
更有效率。
现有的绕路常常会被淘汰,因为通过案件评估
对许可证的车辆将可能导致更短和更安全的路线允许车辆。
更大和更重的许可证车辆可以移动在一个更常规方式大大
减少分析时间。
3。
确定桥梁损伤成本由于卡车交通-
方法现在可量化的相关成本的变化在卡车大小、重量
和卷在桥上。
这些方法使用概率或可靠性基础的方法
要求使用先进的桥梁模型使用负载和阻力因素评级
（LRFR）。
确定这些成本是一个关键元素的桥管理,允许响应
立法卡车大小和重量问题,为高速公路成本分配是必要的
决定;
4。
桥梁设计兼容。
许多桥梁将很快被设计使用
负载和阻力系数设计（LRFD规范和他们将成为部分
现有库存的桥梁。
所有现有的桥梁应评估相同的
这样一个共同的基础规范的比较可以。
结论
桥梁健康指数已被证明非常有效地帮助理解整体
条件的桥梁或网络的桥梁。
它已经被证明是一个有用的工具在连接
期望的服务水平的性能和资源的分配对桥
维护和康复活动。
因为它可以很容易地计算,这是一个相当简单的
任务来预测未来的健康指标基于持续恶化,有或没有维护
的行动。
这可以轻松与身体状况与资产价值承诺使
桥梁健康指数未来不可或缺的一部分桥管理活动。
夹杂物的快速额定载荷分析提供了工具来确定基础设施成本由于
增加载荷允许未来变化的卡车装载是有效的法律分析。
接下来的年确实会提供额外的增强交通运输工程
材料、过程和全面了解我们的桥基础设施,以便最
有效地利用宝贵的资源被修订。
版权20042001土木结构
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版权土木。
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