《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）——第二部分橋梁《公路配筋混凝土梁橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究》

1. 項(xiàng)目名稱: 公路配筋混凝土梁橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

2. 完成單位: 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所、北京市公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心、 中路高科交通檢測(cè)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司、 北京交通大學(xué)

3. 主要完成人: 李鵬飛、 徐同舟、 姜震宇、李鵬飛、 解會(huì)兵、 薛忠軍、 李春早、 毛燕、 董振華、 郭昌祚、 王蓓、 劉毅、 于文法、 張磊、 藺寶垚

　　(一)項(xiàng)目背景

　　預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的概念最早在20世紀(jì)90年代由美國(guó)提出,目前美國(guó)橋梁養(yǎng)護(hù)指南中提出了橋梁系統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。此外,日本、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家在該領(lǐng)域研究也逐步開(kāi)展,并把橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)作為一種主要的橋梁養(yǎng)護(hù)方式。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)起步較晚,目前主要集中在道路工程方面,針對(duì)橋梁工程尚未形成系統(tǒng)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)體系。近年來(lái)交通行業(yè)內(nèi)一直推動(dòng)橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的開(kāi)展,無(wú)論是國(guó)家層面的《公路養(yǎng)護(hù)工程管理辦法》的相關(guān)規(guī)定,還是部分省份頒布的一系列橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),都把橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)放在了非常重要的位置。但是,由于基礎(chǔ)研究的不足和技術(shù)儲(chǔ)備的缺乏,目前在橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方面還存在著橋梁檢查中缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)時(shí)變效應(yīng)的考慮;預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的內(nèi)容、目的不清晰;預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策缺乏技術(shù)性支撐;缺乏預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果的后評(píng)估體系等不足。

　　(二)技術(shù)概況

　　本項(xiàng)目以配筋混凝土梁式橋?yàn)檠芯繉?duì)象,提出橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的定義,明確預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的目的及范圍。根據(jù)橋梁性能退化機(jī)理,提出基于病害時(shí)變特性的橋梁檢查內(nèi)容及方法,研制了橋梁檢查裝備和系統(tǒng)平臺(tái)。提出周期型和非周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的措施,明確了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的時(shí)機(jī)。開(kāi)展了往復(fù)荷載作用下不同涂料性能實(shí)驗(yàn),揭示了混凝土涂裝效能的時(shí)變規(guī)律,提出了不同涂裝類型的適用范圍。分析了不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施對(duì)時(shí)變可靠度的影響,建立了以時(shí)變可靠度與全生命周期成本為目標(biāo)的養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)優(yōu)化方法。提出了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策有效性和養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo),建立了橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)施效果后評(píng)價(jià)方法。

　　(三)適用范圍

　　課題研究成果適用于橋梁養(yǎng)護(hù)管理、橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施等。

　　(四)獲獎(jiǎng)情況

　　成果榮獲2020年“中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)冶。

　　(1)統(tǒng)計(jì)分析了橋梁典型病害出現(xiàn)、發(fā)展、引起損傷的時(shí)間軸線,提出了基于病害時(shí)變特性的預(yù)防性檢查要點(diǎn)。研制了一套便攜式橋梁病害檢查設(shè)備,研發(fā)了可以用于公路橋梁經(jīng)常檢查和日常巡查的信息終端采集軟件,并開(kāi)發(fā)出用于日常養(yǎng)護(hù)檢查的后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)性地提出了公路混凝土梁式橋周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和非周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的內(nèi)容、時(shí)機(jī)、方法。

　　(2)開(kāi)展了涂層的抗老化實(shí)驗(yàn),并創(chuàng)新性地開(kāi)展了往復(fù)荷載作用不同混凝土涂層的粘結(jié)力及抗氯離子侵蝕實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)性地論證了混凝土涂裝預(yù)防性措施對(duì)抗氯離子侵蝕效果的有效性,提出了不同類型涂料的適用范圍。

　　(3)創(chuàng)新性地建立了公路橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)變可靠度分析方法。建立了考慮預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施影響的結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度退化模型;創(chuàng)建了周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度退化規(guī)律及最優(yōu)養(yǎng)護(hù)策略分析方法,創(chuàng)建了非周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定方法及結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度分析方法。

　　(4)提出了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果后評(píng)價(jià)方法與體系。提出了基于體系可靠度的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策有效性評(píng)價(jià)及模糊綜合評(píng)價(jià)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)施效果評(píng)價(jià)方法,以結(jié)構(gòu)體系時(shí)變可靠度指標(biāo)退化延遲及性能提升效果為目標(biāo),建立了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果后評(píng)價(jià)體系。

　　本項(xiàng)目充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外已有的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)研究成果,針對(duì)公路系統(tǒng)中量大面廣的服役配筋混凝土梁式橋,在預(yù)防性檢查內(nèi)容、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施及時(shí)機(jī)、預(yù)防性后評(píng)估體系及裝備系統(tǒng)平臺(tái)等方面開(kāi)展研究,提出一套實(shí)用的中小跨徑配筋混凝土梁橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)施方案,系統(tǒng)建立配筋混凝土梁式橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)體系,為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的建立提供依據(jù)。項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容為:

　　研究?jī)?nèi)容1:基于病害時(shí)變特性的預(yù)防性檢查內(nèi)容研究。首先,提出橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的定義,明確預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的目的及范圍?；诓『r(shí)變特性,確定橋梁預(yù)防性檢查內(nèi)容。主要針對(duì)中小跨徑配筋混凝土梁式橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),開(kāi)展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)檢查內(nèi)容及方法研究,根據(jù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求細(xì)化橋梁經(jīng)常檢查和定期檢查的內(nèi)容,提出考慮病害時(shí)變特性的預(yù)防性檢查要點(diǎn)和清單。

　　研究?jī)?nèi)容2:預(yù)防性養(yǎng)護(hù)檢查裝備和系統(tǒng)平臺(tái)研制。考慮預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和預(yù)防性檢查需求,針對(duì)目前經(jīng)常檢查和定期檢查過(guò)程中的不足,研發(fā)公路橋梁便攜式病害檢查設(shè)備,同時(shí)研發(fā)適用于公路橋梁預(yù)防性檢查的信息終端采集軟件,實(shí)現(xiàn)檢查重點(diǎn)內(nèi)容的智能提醒、便捷輸入等功能,促進(jìn)預(yù)防性檢查的智能化。

　　研究?jī)?nèi)容3:預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施和時(shí)機(jī)研究。調(diào)研國(guó)內(nèi)外已有研究成果,開(kāi)展不同構(gòu)件、不同病害的成因及發(fā)展規(guī)律研究,提出周期型及非周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的具體內(nèi)容,明確了不同類型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的介入時(shí)機(jī)。并對(duì)混凝土涂裝作為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的效果進(jìn)行試驗(yàn)研究,分析了不同涂層的防護(hù)效果,提出了不同類型材料的適用范圍。

　　研究?jī)?nèi)容4:預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對(duì)結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度的影響研究。考慮預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的介入對(duì)結(jié)構(gòu)性能退化的影響,建立考慮預(yù)防性養(yǎng)護(hù)影響的橋梁可靠度退化模型,明確采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施后結(jié)構(gòu)的可靠度變化規(guī)律?；诙嗄繕?biāo)優(yōu)化方法提出周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)優(yōu)化方法,并基于時(shí)變可靠度理論,提出非周期型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定方法。

　　研究?jī)?nèi)容5:預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后評(píng)估體系研究。通過(guò)對(duì)影響預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果的決策有效性和養(yǎng)護(hù)實(shí)施效果有效性進(jìn)行評(píng)價(jià),建立預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果后評(píng)估體系。分別采用基于橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠度的方法對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的決策有效性進(jìn)行評(píng)價(jià),采用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量及實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)估。

與同類項(xiàng)目相比, 本項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如表 1所示。

　　預(yù)防性維護(hù)的研究成果現(xiàn)應(yīng)用于橋梁管養(yǎng)單位的養(yǎng)護(hù)手冊(cè)編制,指導(dǎo)幫助了橋梁的養(yǎng)護(hù)管理工作,研發(fā)的設(shè)備平臺(tái)在全國(guó)多家單位推廣應(yīng)用。

　　(一)社會(huì)效益

　　預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是一種“治未病冶的養(yǎng)護(hù)方式,可以提高橋梁耐久性,延長(zhǎng)橋梁的使用壽命,達(dá)到“未病先防和既病防變冶的目的,能有效地降低全壽命周期成本,達(dá)到節(jié)約資源和減少環(huán)境污染的目的。此外,橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的實(shí)施,能夠有效提升橋梁的服務(wù)水平,是建設(shè)人民滿意交通的需要,是踐行“人民交通為人民冶的重要手段。

　　(二)經(jīng)濟(jì)效益

　　預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施能顯著降低橋梁全壽命成本,預(yù)防性養(yǎng)護(hù)每投入單位成本,則可以節(jié)省4~6倍的其他養(yǎng)護(hù)和改建費(fèi)用。研制的便攜式檢查設(shè)備和智能化管理系統(tǒng)能有效降低人員和橋梁檢測(cè)平臺(tái)成本。