摘要：本文介紹了現(xiàn)有橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的發(fā)展情況和研究現(xiàn)狀，剖析了大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)在管理模式、數(shù)據(jù)來(lái)源、橋梁評(píng)估、病害分析和維修決策等方面存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題給出了部分對(duì)策。以數(shù)字化斜拉橋養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)DBMS為例，討論了該系統(tǒng)在以下幾個(gè)方面的研究進(jìn)展，包括大跨度橋梁的數(shù)據(jù)采集、綜合評(píng)估方法研究、病害維修知識(shí)庫(kù)的建立、橋梁主動(dòng)養(yǎng)護(hù)維修理念以及預(yù)測(cè)分析等。通過(guò)DBMS的實(shí)時(shí)運(yùn)行，可以全面把握橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，并提前了解橋梁在未來(lái)時(shí)期的危險(xiǎn)或較危險(xiǎn)的工作狀態(tài)，為進(jìn)一步的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)的依據(jù)，從而推動(dòng)橋梁的養(yǎng)護(hù)管理水平。
1 引言
隨著（此詞被過(guò)濾）經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是橋梁結(jié)構(gòu)分析理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、土木建筑材料、結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)和橋梁施工技術(shù)的巨大進(jìn)步，一大批結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)計(jì)和施工難度大、現(xiàn)代化品位和科技含量比較高的大跨徑橋梁被建造出來(lái)。然而，隨著大型橋梁設(shè)計(jì)的輕柔化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的日趨復(fù)雜化以及橋梁安全事故的頻頻發(fā)生，大跨度橋梁的安全維護(hù)問(wèn)題也越來(lái)越受到各國(guó)政府的重視。在橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)階段，如何對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的管理、合理的制訂養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃、實(shí)時(shí)的了解橋梁的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，以提高橋梁的服務(wù)水平，保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全已成為目前大型橋梁的管理者們面臨的最為緊迫的問(wèn)題。因而有必要建立一個(gè)系統(tǒng)化、智能化、數(shù)字化的橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，輔助管理部門(mén)對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行有效的管理。
橋梁管理系統(tǒng)最早于 1968 年出現(xiàn)在美國(guó)，主要用于存儲(chǔ)國(guó)家橋梁的檔案數(shù)據(jù)；隨后在美國(guó)被廣泛使用的橋梁管理系統(tǒng)為PONTIS和BRIDGIT，這兩個(gè)系統(tǒng)具有橋梁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、狀態(tài)評(píng)估、退化預(yù)測(cè)、費(fèi)用效益分析以及優(yōu)化決策等功能；在歐洲，典型的橋梁管理系統(tǒng)是丹麥目前使用的DANBRO、法國(guó)的Edouard、英國(guó)的NATS等[1]；亞洲有日本的道路公用橋梁管理系統(tǒng)，韓國(guó)的SHBMS等。
我國(guó)橋梁管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)始于上個(gè)世紀(jì) 80 年代初期，其中較為典型的是交通部的CBMS2000[2]，該系統(tǒng)主要針對(duì)中小橋梁進(jìn)行管理，它包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)查詢、評(píng)價(jià)決策、費(fèi)用模型、維修計(jì)劃和GIS應(yīng)用六個(gè)子系統(tǒng)，具有較綜合的信息采集、評(píng)估、費(fèi)用計(jì)算及決策功能；1995 年-1998 年，同濟(jì)大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于GIS平臺(tái)的上海市橋梁管理系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)城市橋梁管理系統(tǒng)，其部分功能涉及到橋梁養(yǎng)護(hù)管理問(wèn)題，如可依據(jù)橋梁的技術(shù)狀況預(yù)估模型，做出養(yǎng)護(hù)需求分析并制定出橋梁維修計(jì)劃。針對(duì)大跨度橋梁我國(guó)也自主開(kāi)發(fā)了一些相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)：2000 年，海滄大橋養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)(BMMS)問(wèn)世并投入使用， BMMS將特大型橋梁的管養(yǎng)任務(wù)劃分為橋梁結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施、交通操作三大部分，建立了一整套完備的橋梁養(yǎng)護(hù)管理制度[4]；交通部公路科學(xué)研究所開(kāi)發(fā)了“南京二橋綜合管理系統(tǒng)”，對(duì)南汊斜拉橋、北汊特大橋、全線橋梁、公路、沿線設(shè)施以及竣工等文檔進(jìn)行有效地管理，其中南汊斜拉橋管理系統(tǒng)主要完成南汊斜拉橋的日常養(yǎng)護(hù)、維修計(jì)劃以及結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等管理[5]；除此之外，還有大佛寺長(zhǎng)江大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、東海大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、南京三橋養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)、文暉大橋健康監(jiān)測(cè)與評(píng)估管理系統(tǒng)等，都是針對(duì)大跨度橋梁開(kāi)發(fā)的管理系統(tǒng)。
總的來(lái)說(shuō)，橋梁管理系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：最初的橋梁管理系統(tǒng)只是用簡(jiǎn)單的電子數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)代替繁雜的橋梁管理資料；其后管理系統(tǒng)中除橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)外，還包括橋梁檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)及維修信息，涵蓋各橋梁構(gòu)件的檢測(cè)細(xì)節(jié)和詳細(xì)的等級(jí)劃分以及維修歷史等；近年來(lái)較先進(jìn)的管理系統(tǒng)增添了維護(hù)決策功能，即制訂維護(hù)策略、進(jìn)行維護(hù)優(yōu)化等。到目前為止，大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的研究取得了一定的成績(jī)，但是由于它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)外，該領(lǐng)域的研究仍處于基礎(chǔ)性探索階段，諸多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題仍沒(méi)有得到解決。
2 現(xiàn)有大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題
2.1 管理模式方面
大型橋梁的生命過(guò)程一般包括總體規(guī)劃、設(shè)計(jì)施工和運(yùn)營(yíng)管理這三個(gè)階段。受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制，人們往往把主要精力放在設(shè)計(jì)施工階段，而對(duì)運(yùn)營(yíng)管理階段的橋梁維護(hù)重視不足，我國(guó)“重建輕養(yǎng)”的現(xiàn)象仍較嚴(yán)重。橋梁管理部門(mén)停留在落后的管理模式和管理手段上，缺少科學(xué)的指導(dǎo)思想、系統(tǒng)的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法?，F(xiàn)行的橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范，如《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11-2004)，《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ 99-2003)等都是針對(duì)中小橋梁制定的，這種僅對(duì)橋梁的外觀狀態(tài)和正常使用性能進(jìn)行的定性、粗框的安全評(píng)價(jià)方法，對(duì)大跨度橋梁是不適用的。
一些現(xiàn)有的大跨度橋梁管理系統(tǒng)的基本模式沿襲中小橋梁，其主要功能是存儲(chǔ)橋梁有關(guān)的數(shù)據(jù)，養(yǎng)護(hù)管理的核心是修補(bǔ)危害橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的部分，包括重新涂刷、修補(bǔ)鋪裝的凹陷以及因交通事故而損壞的一些設(shè)施等，其實(shí)質(zhì)是消極的防御型。這對(duì)于大跨度橋梁，僅僅通過(guò)已往簡(jiǎn)單的養(yǎng)護(hù)措施和技術(shù)手段顯然是不恰當(dāng)和不夠的。由于缺少對(duì)橋梁長(zhǎng)期性能變化的科學(xué)預(yù)測(cè)，因此橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修和管理并未達(dá)到理想的效果。
2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源方面
一些橋梁管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大多來(lái)源于常規(guī)的人工目測(cè)檢查或便攜式儀器測(cè)量得到的信息，但人工檢查方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。而另一方面很多大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)卻又過(guò)分依賴橋梁健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)近二十年的積極探索，人們?cè)跇蛄航】当O(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得了一些成果，但應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到，由于橋梁結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性和不確定性，以及受到很多客觀條件的限制，目前橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究?jī)H僅處于起步階段，其在核心技術(shù)方面和理論方面均存在許多問(wèn)題尚未徹底解決，例如：大量原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、有限傳感器的優(yōu)化布置、橋梁結(jié)構(gòu)性能的變化對(duì)結(jié)構(gòu)指紋的改變的不敏感、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性、抗干擾性和耐久性不足、損傷識(shí)別中的損傷指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷不敏感、橋梁的健康監(jiān)測(cè)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等問(wèn)題，致使橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用效果受到影響。
2.3 橋梁評(píng)估方面
現(xiàn)有養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行評(píng)估，主要根據(jù)對(duì)橋梁狀況的定性了解和工程師的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，即常提到的“傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法”[6]。但具有豐富專業(yè)知識(shí)和評(píng)估經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員十分有限，且這種方法所采用的調(diào)查手段及判斷準(zhǔn)則與專家個(gè)人的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)直接相關(guān)，在不同的背景下，不同的專家對(duì)同一問(wèn)題的評(píng)估結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)一些偏差。最近美國(guó)聯(lián)邦公路局的調(diào)查表明，由人工目測(cè)檢查做出的評(píng)估結(jié)果有 56%是不恰當(dāng)?shù)?。故這種方法已不能適應(yīng)大型橋梁養(yǎng)護(hù)管理的需要。為了改變這些不足，減少人們?cè)u(píng)估決策時(shí)的主觀隨意性，國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)已對(duì)橋梁評(píng)估問(wèn)題展開(kāi)研究并取得不同程度的進(jìn)展，但這些方法始終沒(méi)有很好的應(yīng)用到大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)中，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)際工程的驗(yàn)證。
2.4 病害分析和維修決策方面
大跨度橋梁在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生各種各樣的病害，病害的原因可能是使用、維護(hù)不當(dāng)、車禍、船舶撞擊事故等人為因素，也可能是環(huán)境腐蝕、地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害所致。然而，大跨度橋梁的病害分析理論與實(shí)際的研究還很缺乏，橋梁的病害分析也只限于表面病害狀況，并沒(méi)有在理論上通過(guò)橋梁的結(jié)構(gòu)特性對(duì)其產(chǎn)生病害的原因進(jìn)行分析。
另外，養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)中對(duì)于大跨度橋梁的維修策略僅僅局限于中小橋梁的維修手段，維修決策過(guò)程中由于受經(jīng)驗(yàn)的限制，缺乏對(duì)橋梁病害類型及其程度的定量化，經(jīng)常導(dǎo)致橋梁養(yǎng)護(hù)及維修方案的不合理，最終使橋梁總體狀況進(jìn)一步惡化；另一方面橋梁的養(yǎng)護(hù)資金往往不能滿足完成橋梁所有的維修處治的需求，資源分配方面缺乏客觀的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)的決策手段，僅僅憑主觀判斷來(lái)分配，橋梁維修經(jīng)濟(jì)分析與優(yōu)化的理論研究方面尚處于基礎(chǔ)性探索階段。
3 大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的理論研究
近年來(lái)結(jié)合教育部高校博士點(diǎn)基金和黑龍江省交通廳科技項(xiàng)目，我們以哈爾濱松花江斜拉橋?yàn)楸尘皹蜷_(kāi)展了大跨度鋼-混凝土斜拉橋的養(yǎng)護(hù)、維修、評(píng)價(jià)和管理方面的研究工作，開(kāi)發(fā)了數(shù)字化斜拉橋養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)DBMS(Digital Cable-stayed Bridge Management System)[7]。該系統(tǒng)針對(duì)大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了一些探討與改進(jìn)，可供有關(guān)部門(mén)參考。
3.1 大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集
大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集旨在收集整理能全面描述橋梁基本特征和當(dāng)前技術(shù)狀況的信息。在建立橋梁基本信息檔案庫(kù)的同時(shí)，提供對(duì)橋梁進(jìn)行評(píng)價(jià)決策的數(shù)據(jù)支持，從而對(duì)橋梁進(jìn)行有效的管理和狀況監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集分兩部分內(nèi)容：橋梁基本數(shù)據(jù)信息和橋梁檢查、檢測(cè)數(shù)據(jù)信息。其中橋梁基本數(shù)據(jù)信息提供該橋所需的基本數(shù)據(jù)資料，包括設(shè)計(jì)資料、施工資料、竣工資料、重車過(guò)橋記錄以及維修歷史等基本內(nèi)容。橋梁檢查檢測(cè)數(shù)據(jù)信息是橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)評(píng)估和決策的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，它包括人工檢查數(shù)據(jù)、儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)和健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
通過(guò)橋梁檢測(cè)可以隨時(shí)清楚地了解橋梁的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。橋梁檢測(cè)內(nèi)容包含經(jīng)常檢查、定期檢查、特殊檢查和橋梁綜合技術(shù)狀況檢查四部分。橋梁經(jīng)常檢查、定期檢查與特殊檢查旨在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；橋梁綜合技術(shù)狀況檢查則是在已經(jīng)部分了解問(wèn)題的情況下[8]，進(jìn)行全橋全面、綜合性的檢查以確定問(wèn)題的嚴(yán)重性。為了盡量避免人工檢查的局限性，系統(tǒng)在檢查檢測(cè)信息錄入時(shí)為檢查人員提供了橋梁各個(gè)部位可能出現(xiàn)的病害類型、病害描述、病害原因分析、病害發(fā)展趨勢(shì)以及病害對(duì)比圖片等大量信息，使檢查人員通過(guò)這些信息做出正確的判斷；系統(tǒng)中盡量減少檢查人員的定性判斷，增加他們對(duì)定量數(shù)據(jù)的輸入，例如：
鋼筋銹蝕電位、主梁線形、伸縮縫接縫處高差、支座相對(duì)位置偏離等定量信息；系統(tǒng)盡量做到凡檢查人員的判斷都有據(jù)可依，有標(biāo)準(zhǔn)可查。除此之外，系統(tǒng)中還包含檢查計(jì)劃和檢查統(tǒng)計(jì)模塊，并隨著橋梁的狀態(tài)不斷更新，這樣使檢查人員能夠按部就班地對(duì)橋梁進(jìn)行系統(tǒng)的檢查，并隨時(shí)了解橋梁建成以來(lái)的檢查檢測(cè)情況。近年來(lái)橋梁的健康監(jiān)測(cè)已有了一定的發(fā)展，系統(tǒng)中將健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)作為養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源的輔助手段，主要包括荷載監(jiān)測(cè)和響應(yīng)監(jiān)測(cè)兩部分內(nèi)容。
將大跨度橋梁的基本數(shù)據(jù)信息、人工檢查檢測(cè)信息、健康監(jiān)測(cè)信息一體化，有利于分析結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害的原因，及時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件缺損和相關(guān)環(huán)境的變化，系統(tǒng)的掌握橋梁的技術(shù)狀況。
3.2 大跨度橋梁的評(píng)估理論
大跨度橋梁的評(píng)估理論是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，由于大跨度橋梁的復(fù)雜性和不確定性，使得人們?cè)谶@方面的研究始終沒(méi)有較大的突破。針對(duì)原始的“傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法”，DBMS中的評(píng)估方法不再依賴工程技術(shù)人員的評(píng)估經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人主觀判斷，它采用系統(tǒng)工程的有關(guān)理念以及多指標(biāo)綜合評(píng)估、不確定型層次分析法、模糊綜合評(píng)估等方法建立起大跨度橋梁的評(píng)估指標(biāo)體系，能夠相對(duì)客觀的對(duì)橋梁的技術(shù)狀態(tài)給出更科學(xué)的評(píng)價(jià)。
系統(tǒng)中包含對(duì)大跨度橋梁在整體上和承載能力兩個(gè)方面的評(píng)估。由于大跨度橋梁的復(fù)雜性，橋梁的綜合評(píng)估采用不確定型層次分析和模糊綜合評(píng)估兩種評(píng)估方法。承載能力評(píng)估也采用兩種方法：基于規(guī)范的方法和基于有限元模型修正的方法。兩種方法相互校核，互相驗(yàn)證，有助于橋梁評(píng)估結(jié)論的正確性。在進(jìn)行大跨度橋梁綜合評(píng)估時(shí)，首先將影響橋梁的諸多因素層次化，建立大跨度橋梁綜合評(píng)估的多層次關(guān)系模型，然后用不確定層次分析理論對(duì)層次中各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重區(qū)間進(jìn)行計(jì)算。由于計(jì)算權(quán)重的數(shù)據(jù)來(lái)源于很多專家給定的判斷矩陣，因而在處理這些判斷矩陣時(shí)使用了群判斷和集值統(tǒng)計(jì)原理的方法綜合所有專家的意見(jiàn)，這樣得到的評(píng)估權(quán)重結(jié)果更加客觀。通過(guò)大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)信息，得到每個(gè)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估值，由于評(píng)估指標(biāo)的量綱不盡相同，因而需對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱處理。最后，應(yīng)用變權(quán)理論層層遞推，逐層綜合，得到橋梁各個(gè)指標(biāo)以及整體的綜合評(píng)估結(jié)果[9]。模糊綜合評(píng)估的方法見(jiàn)文獻(xiàn)[7]，在此不再贅述。
在承載能力評(píng)估中，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（征求意見(jiàn)稿），全面考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、強(qiáng)度等指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算得到結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)和活載影響修正系數(shù)等，并以橋梁成橋狀態(tài)的有限元模型為基準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算和分析，從而對(duì)橋梁實(shí)際的承載能力進(jìn)行合理的、實(shí)時(shí)的評(píng)定。另一方面，系統(tǒng)通過(guò)結(jié)構(gòu)分析模塊得到橋梁的有限元模型，以當(dāng)前狀態(tài)下（即對(duì)初始成橋模型修正后的）相對(duì)真實(shí)、準(zhǔn)確的有限元模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)值加載的方法，進(jìn)行“設(shè)計(jì)荷載”下橋梁的承載力計(jì)算和分析，從而評(píng)估當(dāng)前狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)是否依然具備設(shè)計(jì)的通行能力，使承載能力鑒定結(jié)果更加真實(shí)、準(zhǔn)確。
3.3 大跨度橋梁的病害分析
由于設(shè)計(jì)理論不完善、施工質(zhì)量問(wèn)題、環(huán)境材料問(wèn)題以及運(yùn)營(yíng)交通量劇增等多方面的原因，使已建成的大跨度橋梁出現(xiàn)種種病害，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件老化、承載能力降低，影響了結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)。未來(lái)的幾十年，將會(huì)是我國(guó)橋梁維修加固改造的高峰期。透徹研究橋梁病害的根源，進(jìn)行橋梁病害診斷分析是橋梁維修加固的重要環(huán)節(jié)，也是橋梁維修加固設(shè)計(jì)的前提。
大跨度橋梁的復(fù)雜性，使得研究者難以對(duì)其病害原因給出合理的解釋。同一橋型中，構(gòu)件不同；同一構(gòu)件中，材料、所處環(huán)境、管理養(yǎng)護(hù)等方面不同，都會(huì)使橋梁產(chǎn)生完全不一樣的病害。這就必須通過(guò)調(diào)研、收集國(guó)內(nèi)外發(fā)生各種病害及事故的多座橋梁的實(shí)例，對(duì)所需要研究的橋型病害進(jìn)行歸類和原因分析，并將它們放到病害數(shù)據(jù)庫(kù)中供橋梁養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)參考。此外，利用建立橋梁病害分析的精細(xì)化模型的方法，模擬病害過(guò)程，分析其易損部位和關(guān)鍵部位，并進(jìn)行橋梁的特性分析，包括各種工況下橋梁的靜力特性、動(dòng)力特性分析（例如，在進(jìn)行斜拉橋病害分析時(shí)，可假設(shè)多種不同斜拉索的損傷程度、分布情況，進(jìn)行有關(guān)靜、動(dòng)力分析，研究拉索損傷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力性能的影響）。靜力分析主要是獲得在各主要工況下橋梁線形、內(nèi)力等結(jié)構(gòu)整體性能；動(dòng)力分析主要是獲得結(jié)構(gòu)自振頻率、振型、阻尼比等動(dòng)力特性，從而為橋梁病害知識(shí)庫(kù)的建立打下基礎(chǔ)，為養(yǎng)護(hù)維修決策提供依據(jù)。
3.4 大跨度橋梁的主動(dòng)養(yǎng)護(hù)理念
大跨度橋梁的養(yǎng)護(hù)管理理念應(yīng)該由傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)工作的防御性轉(zhuǎn)向技術(shù)預(yù)測(cè)，變以往的消極防御為主動(dòng)養(yǎng)護(hù)，即將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)、計(jì)算識(shí)別與判別、維修與預(yù)測(cè)的整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)化。橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)關(guān)系到結(jié)構(gòu)將來(lái)維修計(jì)劃的制訂以及維護(hù)工作的優(yōu)先級(jí)排序[10]，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的合理預(yù)測(cè)、掌握橋梁工作狀態(tài)的變化趨勢(shì)，管理者可以選擇養(yǎng)護(hù)維修工作的最佳時(shí)機(jī)，并及時(shí)制訂養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃，從而降低維修成本和橋梁出現(xiàn)重大事故的概率，維修工作不及時(shí)將會(huì)嚴(yán)重影響大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。系統(tǒng)中以哈爾濱松花江斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象，綜合考慮了混凝土的收縮、徐變及預(yù)應(yīng)力鋼束松弛等時(shí)效因素對(duì)斜拉橋結(jié)構(gòu)的影響，運(yùn)用綜合計(jì)算時(shí)效影響的時(shí)效分析數(shù)值算法，完成對(duì)該橋整個(gè)運(yùn)營(yíng)使用期內(nèi)，任意時(shí)刻結(jié)構(gòu)應(yīng)力、撓度、索力等長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)，并隨著運(yùn)營(yíng)期內(nèi)實(shí)測(cè)結(jié)果的改變動(dòng)態(tài)更改結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型。另外，根據(jù)國(guó)內(nèi)近十幾年大型斜拉橋的建設(shè)、使用經(jīng)驗(yàn)，從結(jié)構(gòu)的耐久性理論入手，對(duì)哈爾濱松花江斜拉橋各主要構(gòu)件和附屬構(gòu)件的耐久性進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，包括混凝土構(gòu)件的碳化深度、混凝土銹脹開(kāi)裂、混凝土表面涂裝、鋼主梁的防腐蝕涂裝、斜拉索及其防護(hù)系統(tǒng)以及橡
膠支座耐老化性等內(nèi)容的預(yù)測(cè)。
通過(guò)對(duì)大量已建斜拉橋的調(diào)研，系統(tǒng)中為不同的橋梁病害形式提供相對(duì)實(shí)用的維修策略，并針對(duì)橋梁的長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)給出了維修預(yù)案，其中包括斜拉橋的換索預(yù)案。考慮斜拉索可能出現(xiàn)病害的工況組合，利用大型有限元程序 ANSYS 進(jìn)行分析，建立由空間桿、梁、板殼單元組成的空間有限元模型，以斜拉索索力優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，利用最小余能原理，建立通過(guò)換索、調(diào)索改善結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力的理論和方法，進(jìn)行換索過(guò)程的計(jì)算分析。
4 哈爾濱松花江斜拉橋養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介
哈爾濱松花江斜拉橋是黑龍江省第一座大跨度斜拉橋[11]，針對(duì)該橋開(kāi)發(fā)的DBMS系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、檢查檢測(cè)、評(píng)估、預(yù)測(cè)、維修對(duì)策等于一體。該系統(tǒng)包含八個(gè)模塊：數(shù)據(jù)管理模塊、檢查與檢測(cè)模塊、評(píng)估模塊、有限元分析模塊、病害診斷與預(yù)測(cè)模塊、養(yǎng)護(hù)與維修模塊、查詢統(tǒng)計(jì)模塊和幫助模塊。此外，該系統(tǒng)還建立了較為全面的斜拉橋病害維修知識(shí)庫(kù)，提供了較為完整的斜拉橋養(yǎng)護(hù)管理指南和實(shí)驗(yàn)方法手冊(cè)。該系統(tǒng)根據(jù)人工檢查數(shù)據(jù)庫(kù)、橋梁基本資料庫(kù)和健康監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)對(duì)平面和空間有限元模型的修正、計(jì)算，采用兩種綜合評(píng)估方法和承載力評(píng)估方法對(duì)橋梁的狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，能夠完成橋梁的病害診斷、構(gòu)件預(yù)警、壽命預(yù)測(cè)、維修管理等功能。圖 1 為DBMS的界面示意圖。
5 結(jié)語(yǔ)
大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)是近年來(lái)國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)的一些特大型橋梁都已經(jīng)或?qū)⒁褂孟鄳?yīng)的橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。本文基于大量調(diào)查研究、實(shí)際橋梁考查的基礎(chǔ)上，就大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。并以數(shù)字化斜拉橋養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng) DBMS 為例介紹該系統(tǒng)針對(duì)大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題所做的研究與改進(jìn)。通過(guò) DBMS 系統(tǒng)的運(yùn)行，可以實(shí)時(shí)了解橋梁的工作狀況，給出相應(yīng)的維護(hù)方案，并預(yù)測(cè)橋梁在未來(lái)狀態(tài)下的運(yùn)營(yíng)狀況，使橋梁的養(yǎng)護(hù)和管理更加科學(xué)化。
大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的研究涉及運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)分析、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多領(lǐng)域的知識(shí)，目前它的研究仍處于比較初級(jí)的發(fā)展階段，且缺乏有關(guān)橋梁管理維修方面的實(shí)際數(shù)據(jù)積累。隨著一批科技含量高、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大的特大跨徑橋梁在我國(guó)的建成，隨之而來(lái)對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)也提出了更高的要求，要把更多的精力投入到大跨度橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的研究中，切實(shí)采取有效措施，保證大跨度橋梁的安全暢通，確?；蜓娱L(zhǎng)大型橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命。
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