《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第二部分桥梁《公路配筋混凝土梁桥预防性养护关键技术研究》

1. 项目名称: 公路配筋混凝土梁桥预防性养护关键技术研究

2. 完成单位: 交通运输部公路科学研究所、北京市公路工程质量检测中心、 中路高科交通检测检验认证有限公司、 北京交通大学

3. 主要完成人: 李鹏飞、 徐同舟、 姜震宇、李鹏飞、 解会兵、 薛忠军、 李春早、 毛燕、 董振华、 郭昌祚、 王蓓、 刘毅、 于文法、 张磊、 蔺宝垚

　　(一)项目背景

　　预防性养护的概念最早在20世纪90年代由美国提出,目前美国桥梁养护指南中提出了桥梁系统预防性养护计划。此外,日本、英国、德国等国家在该领域研究也逐步开展,并把桥梁预防性养护作为一种主要的桥梁养护方式。与国外发达国家相比,我国公路交通基础设施的预防性养护起步较晚,目前主要集中在道路工程方面,针对桥梁工程尚未形成系统的预防性养护体系。近年来交通行业内一直推动桥梁预防性养护的开展,无论是国家层面的《公路养护工程管理办法》的相关规定,还是部分省份颁布的一系列桥梁预防性养护技术标准,都把桥梁预防性养护放在了非常重要的位置。但是,由于基础研究的不足和技术储备的缺乏,目前在桥梁预防性养护方面还存在着桥梁检查中缺乏对结构时变效应的考虑;预防性养护的内容、目的不清晰;预防性养护决策缺乏技术性支撑;缺乏预防性养护效果的后评估体系等不足。

　　(二)技术概况

　　本项目以配筋混凝土梁式桥为研究对象,提出桥梁预防性养护的定义,明确预防性养护的目的及范围。根据桥梁性能退化机理,提出基于病害时变特性的桥梁检查内容及方法,研制了桥梁检查装备和系统平台。提出周期型和非周期型预防性养护的措施,明确了预防性养护的时机。开展了往复荷载作用下不同涂料性能实验,揭示了混凝土涂装效能的时变规律,提出了不同涂装类型的适用范围。分析了不同预防性养护措施对时变可靠度的影响,建立了以时变可靠度与全生命周期成本为目标的养护时机优化方法。提出了预防性养护决策有效性和养护施工质量评价指标,建立了桥梁预防性养护实施效果后评价方法。

　　(三)适用范围

　　课题研究成果适用于桥梁养护管理、桥梁预防性养护工程实施等。

　　(四)获奖情况

　　成果荣获2020年“中国交通运输协会科学技术奖一等奖冶。

　　(1)统计分析了桥梁典型病害出现、发展、引起损伤的时间轴线,提出了基于病害时变特性的预防性检查要点。研制了一套便携式桥梁病害检查设备,研发了可以用于公路桥梁经常检查和日常巡查的信息终端采集软件,并开发出用于日常养护检查的后台数据管理系统。系统性地提出了公路混凝土梁式桥周期型预防性养护和非周期型预防性养护的内容、时机、方法。

　　(2)开展了涂层的抗老化实验,并创新性地开展了往复荷载作用不同混凝土涂层的粘结力及抗氯离子侵蚀实验,系统性地论证了混凝土涂装预防性措施对抗氯离子侵蚀效果的有效性,提出了不同类型涂料的适用范围。

　　(3)创新性地建立了公路桥梁预防性养护时变可靠度分析方法。建立了考虑预防性养护措施影响的结构时变可靠度退化模型;创建了周期型预防性养护结构时变可靠度退化规律及最优养护策略分析方法,创建了非周期型预防性养护时机确定方法及结构时变可靠度分析方法。

　　(4)提出了预防性养护效果后评价方法与体系。提出了基于体系可靠度的预防性养护决策有效性评价及模糊综合评价的预防性养护实施效果评价方法,以结构体系时变可靠度指标退化延迟及性能提升效果为目标,建立了预防性养护效果后评价体系。

　　本项目充分调研国内外已有的预防性养护研究成果,针对公路系统中量大面广的服役配筋混凝土梁式桥,在预防性检查内容、预防性养护措施及时机、预防性后评估体系及装备系统平台等方面开展研究,提出一套实用的中小跨径配筋混凝土梁桥预防性养护实施方案,系统建立配筋混凝土梁式桥预防性养护体系,为相关标准及规范的建立提供依据。项目的主要研究内容为:

　　研究内容1:基于病害时变特性的预防性检查内容研究。首先,提出桥梁预防性养护的定义,明确预防性养护的目的及范围。基于病害时变特性,确定桥梁预防性检查内容。主要针对中小跨径配筋混凝土梁式桥的结构特点,开展预防性养护检查内容及方法研究,根据预防性养护需求细化桥梁经常检查和定期检查的内容,提出考虑病害时变特性的预防性检查要点和清单。

　　研究内容2:预防性养护检查装备和系统平台研制。考虑预防性养护和预防性检查需求,针对目前经常检查和定期检查过程中的不足,研发公路桥梁便携式病害检查设备,同时研发适用于公路桥梁预防性检查的信息终端采集软件,实现检查重点内容的智能提醒、便捷输入等功能,促进预防性检查的智能化。

　　研究内容3:预防性养护措施和时机研究。调研国内外已有研究成果,开展不同构件、不同病害的成因及发展规律研究,提出周期型及非周期型预防性养护的具体内容,明确了不同类型预防性养护措施的介入时机。并对混凝土涂装作为预防性养护措施的效果进行试验研究,分析了不同涂层的防护效果,提出了不同类型材料的适用范围。

　　研究内容4:预防性养护对结构时变可靠度的影响研究。考虑预防性养护措施的介入对结构性能退化的影响,建立考虑预防性养护影响的桥梁可靠度退化模型,明确采取预防性养护措施后结构的可靠度变化规律。基于多目标优化方法提出周期型预防性养护时机优化方法,并基于时变可靠度理论,提出非周期型预防性养护时机确定方法。

　　研究内容5:预防性养护后评估体系研究。通过对影响预防性养护效果的决策有效性和养护实施效果有效性进行评价,建立预防性养护效果后评估体系。分别采用基于桥梁结构体系可靠度的方法对预防性养护的决策有效性进行评价,采用模糊综合评价的方法对预防性养护施工质量及实施效果进行评估。

与同类项目相比, 本项目的技术优势如表 1所示。

　　预防性维护的研究成果现应用于桥梁管养单位的养护手册编制,指导帮助了桥梁的养护管理工作,研发的设备平台在全国多家单位推广应用。

　　(一)社会效益

　　预防性养护是一种“治未病冶的养护方式,可以提高桥梁耐久性,延长桥梁的使用寿命,达到“未病先防和既病防变冶的目的,能有效地降低全寿命周期成本,达到节约资源和减少环境污染的目的。此外,桥梁预防性养护的实施,能够有效提升桥梁的服务水平,是建设人民满意交通的需要,是践行“人民交通为人民冶的重要手段。

　　(二)经济效益

　　预防性养护措施能显著降低桥梁全寿命成本,预防性养护每投入单位成本,则可以节省4~6倍的其他养护和改建费用。研制的便携式检查设备和智能化管理系统能有效降低人员和桥梁检测平台成本。