不同桥梁结构部位的运营性能
Daniel N. Farhey，D.Sc.，P.E.1
摘要： 本文阐述了桥梁结构缺陷的发展趋势,并对各种桥梁结构设计和施工的运行结构性能进行了评估。该研究分析了国家桥梁库存数据库,并根据实际桥面区域而不是离散桥梁计算得到数据。基于结构缺陷的概念和不间断使用寿命的生命周期预期目标,多标准诊断分析确定了条件、耐久性、寿命和等效性能。对于某些桥梁类型,结果反映了在达到结构缺陷之前剩余的使用寿命有限,平均使用寿命仅为生命周期预期的56％。相对较高的状态性能与耐久性显着差和寿命相对较差相反,一些桥梁类型的等效结构性能较差。总体而言,该研究提供了当前平均潜力的指标,作为在类似操作条件下预测未来业绩的基础。系统方法支持更客观的设计、维护和决策实践,导致更有效的运营和管理以及更可持续的基础设施解决方案。
DOI：10.1061 /（ASCE）CF.1943-5509.0000322.＠2013美国土木工程师学会。
CE数据库主题标题：桥梁；设计；施工恶化；生命周期；性能特点；评价；结构行为。
作者关键词：桥梁；桥梁施工；桥梁设计；恶化；生命周期；性能特点；评价；结构行为。
介绍
桥梁管理
客观选择服务水平目标对于有效维护和运行桥梁是必要的[国家合作公路研究计划（NCHRP）2010]。桥梁管理系统（BMS）软件，如Pontis（Cambridge Systematics，2004,2009），是一种资产管理工具，为运输系统的道路交通运输提供绩效指标。然而,目前的BMS做法不考虑结构性能或最终用户成本（Darbani和Hammad 2007）。
联邦公路管理局（FHWA）努力提高桥梁的性能（Ghasemi et al.2009）。为了改善桥梁管理中的决策,桥梁性能研究考虑了不同的预测方法和模拟模型（Dunker和Rabbat 1990；Ben-Akiva等1993；Mishalani和Koutsopoulos 1995；Aktan等人1995,1996；Frangopol et al.2001；Stewart 2001；Kong和Frangopol 2003；Furuta等2004；Sun et al.2004；Ellingwood 2005；Pan et al.2009）。总的来说,研究建议使用定期检查中的当前诊断数据作为预测未来服务趋势的基础。
在确定桥梁性能时,FHwA指出,交通运输用户社区期望桥梁能够以符合公共安全、交通流动性、环境影响、结构可靠性、美学等目标的满意方式实现其目的（即执行）和生命周期成本（Ghasemi et al.2009）。桥梁的运行数据库基于对结构缺陷和生命周期预期的诊断评估,为公共安全、交通流动性和结构可靠性的FHwA目标提供了结构性能的定量测量。运行结构性能反映了影响桥梁使用寿命的实际情况，从而提供了一个比较措施来帮助选择服务水平目标并确定合规性。
桥梁库存通常由离散计数管理。然而,桥梁的长度和宽度差别很大。因此,平原计算不代表库存中的实际建造能力。相比之下,甲板区域更显着地表示了桥梁的规模和价值，反映了交通流动的潜力,并提供了更为适用的必要资源措施。因此,基于甲板区域的性能评估允许更有效的桥梁管理。
桥型
桥梁设计过程的初步步骤是考虑给定的设计标准,为特定场地和目的选择最合适的桥梁类型。这种定性的选择往往是根据个人的专业意见,不一定遵循系统化的逻辑过程。由于缺乏行业准则,涉及到具体的桥型的感性担忧有时影响到工程和管理偏好。为了使事情更加复杂,影响职业选择的环境也随着时间而变化（Thurston 1991）。
虽然已经对各种桥梁类型的性能特征进行了许多研究项目,但直接比较并不总是可行的。因此,关于桥梁类型的相对性能的观点是主观的,并且决策者可能在其对桥式替代方案的偏好方面不同。考虑到可能的替代方案的运行结构性能导致更可持续的选择。
目标和范围
本文阐述了各种类型的桥梁结构设计和结构特有的结构缺陷的趋势，使用从桥梁的实际甲板区域导出的数据,而不是从其离散计数得出的数据。该研究全面分析了国家桥梁库存（NBI）的整个数据库,其中包括华盛顿特区和波多黎各的50个州。根据类型编制现有桥梁记录,以按年建立桥梁区域和结构缺陷（SD）桥梁区域的分布,并获得全部平均年龄,SD和结构足够的[SA（非SD）]桥梁。基于结构缺陷的概念和生命周期期望的目标,研究评估并比较了适用性极限状态下的结构性能。这种多标准诊断分析确定条件、耐久性、寿命和等效性能。综合的国家网络级运营经验基础可以确定不同的桥梁类型的特征的生命周期问题，以及检测设计、施工和维护改进的需要,以便在最短的生命周期内提高所需的维修性成本。
桥梁库存
表1显示了根据FHwA（1995）分配的所有类别的编码,桥梁主跨的主要结构设计和构造类型。这些区域基于FHwA（1995）的巷道结构长度和外部甲板宽度定义以及2006年NBI提供的数据（FHwA 2007）。由于结构性能评估采用SD或SA桥梁,不包括未分级桥梁。因此,表1考虑了只有额定状态的桥梁总面积,而不是平原总面积，其中还包括2％的未分级桥梁（FHwA 2007）。表1总结了各种桥梁类型的面积及其占桥梁总面积的百分比；SD桥梁面积和SD百分比；桥面平均年龄；SA桥区平均年龄；和2006年底SD桥区平均年龄（FHwA 2007）。（平均年龄来源于桥梁的面积,而不是普通的数量）。
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表1 桥梁主跨的结构设计和结构的主要类型 |
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型号代码 |
结构设计和施工 |
桥面积（m2）（占总数的百分比） |
SD桥面积（m2）（％） |
平均年龄（年） |
SA平均年龄（年） |
SD平均年龄（年） |
|
1 |
平板 |
24,364,237（7.30） |
1,574,144（6.46） |
34.03 |
32.88 |
50.75 |
|
2 |
串/多波束或大梁 |
202,003,307（60.51） |
15,289,634（7.57） |
30.87 |
29.43 |
48.48 |
|
3 |
梁和横梁系统 |
10,965,152 (3.28) |
1,971,735 (17.98) |
44.75 |
42.4 |
55.48 |
|
4 |
三通梁 |
17,251,645 (5.17) |
2,310,362 (13.39) |
46.58 |
44.85 |
57.79 |
|
5 |
箱梁或大梁（多个） |
31,576,292 (9.46) |
2,752,242 (8.72) |
27.24 |
26.21 |
37.99 |
|
6 |
箱梁或大梁（单层或分布） |
7,261,955 (2.18) |
261,723 (3.60) |
23.82 |
23.28 |
38.41 |
|
7 |
框架（框架除外） |
1,632,003 (0.49) |
117,104 (7.18) |
43.17 |
41.98 |
58.5 |
|
8 |
正交异性 |
463,580 (0.14) |
14,424 (3.11) |
34.54 |
34.88 |
23.88 |
|
9 |
甲板桁架 |
2,227,378 (0.67) |
617,344 (27.72) |
55.77 |
52.61 |
64.01 |
|
10 |
直通桁架 |
8,656,831 (2.59) |
2,992,649 (34.57) |
58.49 |
51.25 |
72.21 |
|
11 |
甲板拱 |
3,476,625 (1.04) |
757,097 (21.78) |
75.23 |
72.84 |
83.82 |
|
12 |
直通拱 |
1,915,679 (0.57) |
143,816 (7.51) |
38.33 |
36.85 |
56.53 |
|
13 |
悬挂 |
2,201,410 (0.66) |
424,774 (19.30) |
58.2 |
55.32 |
70.24 |
|
14 |
住大梁 |
976,759 (0.29) |
55,374 (5.67) |
14.37 |
14.01 |
20.25 |
|
15 |
可移动电梯 |
704,924 (0.21) |
187,446 (26.59) |
48.18 |
41.7 |
66.08 |
|
16 |
可动基座 |
1,956,807 (0.59) |
612,546 (31.30) |
47.37 |
40.84 |
61.7 |
|
17 |
可动摆 |
509,347 (0.15) |
228,305 (44.82) |
61.42 |
60.87 |
62.09 |
|
18 |
隧道 |
103,552 (0.03) |
4,752 (4.59) |
41.4 |
39.21 |
86.88 |
|
19 |
涵洞（包括框架涵洞） |
7,821,772 (2.34) |
141,816 (1.81) |
37.26 |
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