（管理科学与工程专业论文）山区低等级公路桥梁维护管理系统的应用研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 l l i i i i ii i ii i iii i ii i iiil 19 0 2 4 15 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 磁磋日期：勿，年4 月，罗e l 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通 大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网 络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：卞尊，乇受 日期：2 叼年4 月，罗日 指导教师签名：良翻b 日期：刎年4 月，彦e l 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据库中 全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。 学位论文作者签名：下踉使 日期：加年年月f 少e t 摘要 本文在对山区低等级公路桥梁维护管理现状的分析以及对国内外桥梁管理系 统的研究的基础上，进一步展开对山区低等级公路桥梁维护管理系统的应用研究。 论文主要对该系统的数据管理系统、桥梁评价系统、维修决策系统以及系统的构 架等四部分进行论述，同时结合实际的案例分析以验证相关的理论及方法的正确 性。 论文首先分析了目前山区桥梁数据采集工作的现状，在这基础上提出了一些 改进的建议及实施方案。同时为了便于资料的存档以及符合桥梁维护工作的习惯， 编制了三类检查卡片：桥梁基础信息卡、桥梁常规检查信息卡、桥梁特殊检查信 息卡。针对这三类卡片，还提出了其相应的检查周期与注意事项。其次，通过的 桥梁数据信息，采用d e r & u 评价法，对桥梁状态做出评价并给定相应的评分。其 评分内容主要包括桥梁各个构件的缺损评分以及桥梁整体性能的评分。对于桥梁 整体的评价得分，采用排序法来决定路网中多座桥梁的维修先后次序。接着，在 系统中的桥梁维修方案数据库中选择适用于本项目的维修方案，不过应通过方案 比选来确定最终的维修方案。最后通过对仁河大桥的维修实例分析，表明上述的 方法和理论是可行的。另外论文将山区低等级公路桥梁维护管理系统定位于网络 级的桥梁管理系统，并在论文中对其系统的构建提出了基本的设想。 关键词：山区低等级公路桥梁；桥梁管理系统；d e r & u 评价法；桥梁维修加固 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei nt op r e s e n ts i t u a t i o na n a l y s i so ft h em o u n t a i n o u s a r e al o wg r a d e h i g l l w a yb r i d g em a i n t e n a n c em a n a g e m e n ta sw e l la st ot h ed o m e s t i ca n d f o r e i g nb r i d g e m 锄a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n ts y s t e mr e s e a r c hf o u n d a t i o ni n ，f u r t h e rl a u n c h e s t ot h e m o u i l t a i n o u sa r e al o wg r a d eh i g h w a yb r i d g e m a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts y 呶髓 m a n a g e m e n ts y s t e ma p p l i e dr e s e a r c h t h ea r t i c l em a i n l y i n t r o d u c e st h i sf o u rs y s t e m so f d a t am a n a g e m e n t ，b r i d g e s e v a l u a t i o nm a i n t a i np o l i c y a n da r c h i t e c t u r ea n da c o m b i n a t i o no ft h ea c n m lc a s e sa n a l y s e dt oc o r f f t r mt h et h e o r ya n d m e t h o dl sc o r r e c t f i r s t l y t h ea r t i c l ea n a l y s i st h ec u r r e n tc o n d i t i o no f m o u n t a i nb r i d g ed a t ac o l l e c t i o n ， a n dp u tf o n 】l 聊f ds o m es u g g e s t i o n sf o ri m p r o v e m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no nt h i sb a s e m e a n w h i l e f o rt h ec o n v e n i e n c eo f d a t aa r c h i v e m e n ta n dw i t ht h eh a b i to fb r i d g e m a i n t e n a l l c e ，w e w i l l p r e p a r e t h r e et y p e so fc h e c k i n g c a r d ，b r i d g e s 7 f o u n d a t i o ni n f 0 姗a t i o nc a r d ，b r i d g e s r o u t i n ee x a m i n a t i o ni n f o r m a t i o n c a r da n d b r i d g e s ，s p e c i a l e x a m i n a t i o ni n f o r m a t i o n c a r d ， a n d p r o p o s ec o 仃e s p o n d i n g i n s p e c t i o nc y c l e a n dt h en o t ea sw e l l s e c o n d l y , w e w i l l e v a l u a t i o no t 晰d g e c o n d i t i o na n dg i v e nt h ea p p r o p r i a t e s c o r ea c c o r d i n gt ot h eb r i d g ed a t aa n dt h eb s e o fd e r & ue v a l 岘t i o n t h es c o r ei n c l u d e st h ec o n t e n t so f t h ev a r i o u sc o m p o n e n t so f t h ed e f e c ti nt h eb r i d g ea n dt h eb r i d g eo v e r a l lp e r f o r m a n c er a t i n gs c o r e a st h ew h o l l y e v a l u a t i o ns c o r eo ft h eb r i d g e ， w em a k ei tt h r o u g h t h e r a n k i n g m e t h o d s t od e t e m i n et h er o a dn e t w o r ki nt h em a i n t e n a n c eo fo r d e ri nm a n yb r i d g e s t h e n ，i nt h e s v s t e md a t a b a s e a n dt h e b r i d g em a i n t e n a n c ep r o g r a m ，w e s e l e c tt h ea p p r o p n a t e m a i n t e n a n c ep r o g r a mi n t h ep r o j e c t ， b u tt h er a t i os h o u l db es e l e c t e dt h r o u g h t h e p r o g 舢t od e t e r m i n et h ef i n a lm a i n t e n a n c ep r o g r a m f i n a l l y , w ew i l l p r o v et h a tt h e a b o v em e t h o d 锄dt h e o r yi sa v a i l a b l ew i t ht h em a i n t e n a n c eo f r e nr i v e rb r i d g ec a s e a n a l y s i s i na d d i t i o nt h i sp a p e rw i l lc l a s s i f yt h em a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n ts y s t e m o fm o u n t a i nh i g h w a ya n db r i d g e i nn e t w o r k l e v e lb r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m ，a n d p u tf o r w a r dt h eb a s i ci d e ao f b u i l d i n gf o ri t k e yw o r d s ：l o wg r a d eh i g h w a yb r i d g e i nm o u n t a i n ；b r i d g e sm a n a g e m e n ts y s t e m ； d e r & ue v a l u a t i o n ；t h em a i n t e n a n c ea n dr e i n f o r c eo fb r i d g e 目录 第一章绪论1 1 1 概述1 1 2 本文研究背景1 1 2 1 山区低等级公路桥梁现状1 1 2 2 桥梁维护管理系统的概念3 1 2 3 国内外桥梁维护管理系统的发展和现状4 1 2 4 中国桥梁管理系统( c b m s ) 简介5 1 2 5 山区低等级公路管理系统与c b m s 的区别7 1 3 本文研究的目的、意义及主要内容8 1 3 1 本文研究的目的及意义8 1 3 2 本文研究的主要内容8 第二章山区低等级公路桥梁数据管理1 0 2 1 山区低等级公路桥梁数据信息分类1 0 2 2 山区低等级公路桥梁数据信息采集1 1 2 2 1 桥梁数据信息采集工具n 叫1 1 2 2 2 桥梁数据信息记录表格1 2 2 3 山区低等级公路桥梁数据信息采集频率和检查项目1 7 2 3 1 桥梁经常性检查的频率与检查项目1 7 2 3 2 桥梁定期检查的频率与检查项目1 8 2 3 3 桥梁特殊检查的频率与检查项目1 8 第三章山区低等级公路桥梁状态评价2 1 3 1 山区低等级公路桥梁结构状态评估方法选择2 l 3 2d e r u 评估法2 2 3 3d e r & u 评估法中各计算指标的确定2 5 3 4 桥梁整体优选指标( o p i ) 的计算2 9 3 5 病害桥梁维修加固排序3 2 第四章山区低等级公路桥梁维修决策3 4 4 1 低等级公路桥梁的常规维护与保养3 4 4 2 山区低等级公路桥梁典型病害及原因简析3 4 4 3 山区低等级公路桥梁维修加固方案数据库3 8 4 3 1 上部结构维修方案数据库3 9 4 3 2 下部结构及基础维修方案数据库4 1 4 3 3 桥梁维修加固的基本原则4 2 4 4 山区低等级公路桥梁维修方案决策4 3 第五章案例分析4 5 5 1 桥梁概况及病害信息4 5 5 1 2 桥梁病害4 6 5 2 桥梁数据信息采集5 0 5 3 桥梁病害评价5 0 5 3 1 桥梁构件编号5 0 5 3 2 计算桥梁构件的d 、e 、r 、u 值5 3 5 3 3 桥梁整体优选指标( o p i ) 的计算5 7 5 3 4 桥梁评价小结及建议5 9 5 4 桥梁维修加固方案决策6 0 5 4 1 病害原因简析6 0 5 4 2 维修加固对策6 0 5 5 维修加固效果验算6 2 5 5 1 主拱圈控制截面内力计算结果6 2 5 5 2 主拱圈截面强度验算6 3 5 5 3 加固方案验算结论6 5 第六章山区低等级公路桥梁维护管理系统的构建6 6 6 1 网络级桥梁维护管理系统的构架方法6 6 6 2 山区低等级公路桥梁维护管理系统总体架构6 7 第七章结论及展望7 2 致谢7 3 参考文献7 4 在学期间发表的论著7 6 6 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 据交通部统计，截至2 0 0 7 年年底，全国公路总里程达3 5 8 3 7 万公里，公路 桥梁达5 7 万座2 3 1 9 1 8 万延米。其中，特大桥梁1 2 5 4 座2 0 8 5 8 万延米，大桥 3 5 8 1 6 座7 8 2 2 4 万延米，中桥1 2 5 8 万座6 4 8 5 0 万延米，小桥4 0 7 l 万座6 7 9 8 6 万延米。乜1 中、小跨径桥梁占到了桥梁总数的9 3 以上，且大多分布在技术标准低、 通行能力差的低等级公路上。这些桥梁中多数建于上世纪5 0 年至9 0 年代，限于 当时的技术水平和历史条件，桥梁设计水平和施工水平不高，再加上后期养护不 及时等原因，随着时间的推移，这些桥梁的现状不容乐观。 近些年来，由于经济的快速发展，公路交通流量出现了持续迅速的增长，加 之在我国的货物运输车辆中普遍存在、屡禁止的超载现象，极大地增加了路网中 桥梁结构的负担，高速公路桥梁普遍暴露出过早损坏的不正常现象，低等级公路 上的桥梁甚至发生压垮现象。 低等级公路、农村公路的危桥梁虽然桥梁等级低、跨径小，但其数量多，分 布广。为了提高低等级公路桥梁维护管理的科学性，可以考虑引入桥梁维护管理 系统。 目前桥梁维护管理系统己在全国很多省市得到推广应用，但多数应用于高速 公路、一、二级公路或城市道路等高等级公路，或者是专门针对如斜拉桥、悬索 桥等特定桥型的桥梁管理系统，还有针对独立特大桥的桥梁管理系统。而专门针 对低等级公路桥梁的维护管理系统还较少，尤其是山区低等级公路桥梁，这一类 桥梁占了低等级公路桥梁总数的绝大部分。随着路网改造建设的不断深入以及高 等级公路网络的初具规模，低等级公路、农村公路的建设将会得到更多的重视和 发展。因此做好山区低等级公路桥梁维护管理系统的应用研究工作，对于积极有 效的开展低等级公路、农村公路危旧桥梁的维修、加固以及改造工作，同时更加 合理科学的做好新建桥梁的养护管理工作，都具有很重要的意义。 1 2 本文研究背景 1 2 1 山区低等级公路桥梁现状 为了改变我国公路桥梁建设中存在的重建轻养的现象，从上世纪末开始交通 部及其他相关部分陆续的颁布的多项规范和文件。1 9 9 9 年，交通部下发了关于 加强桥梁养护管理工作的通知；2 0 0 4 年，交通部颁布了新的公路桥涵养护规范 2 第一章绪论 ( j t gh 1 卜2 0 0 4 ) ：2 0 0 7 年，交通部印发了公路桥梁养护管理工作制度；2 0 0 8 年，交通运输部颁布了公路桥梁加固设计规范( j t g t3 2 2 - 2 0 0 8 ) 和公路桥 梁加固施工技术规范( j t g t3 2 3 - 2 0 0 8 ) 。在这样的背景下，重建轻养的现象得 到了一定程度的改善。但是这些养护工作多数集中在大型桥梁或者高等级公路桥 梁上，而对于三、四公路以及等外级公路桥梁的养护工作，仍然有待进一步的开 展与加强。 山区低等级公路桥梁的技术现状 1 ) 按照旧的桥梁设计规范和相关技术标准，山区低等级公路桥梁的设计荷载 大多为汽一1 3 、拖- - 6 0 或汽一1 5 、拖- - 8 0 ，还有相当一部分桥梁的荷载标准仅为 汽一l o ，履带一5 0 ，甚至低于汽一1 0 级。根据现行公路工程技术标准( j t g b 0 1 2 0 0 3 ) ，桥梁设计荷载分为公路一i 级、公路一i i 级。其中公路一i i 级相当于 汽- - 2 0 级，由此来看大部分低等级公路桥梁的承载力已经不符合现行标准，再加 上近年来交通量的增加，很多桥梁都处于超负荷运行的状态。 2 ) 早期的桥梁在设计时往往只重视进行构件的强度验算，而忽视了耐久性设 计，导致桥梁构件材料老化退化，病害严重。直至2 0 0 4 年开始实施的公路桥涵 设计通用规范( j t gd 6 0 2 0 0 4 ) 中开始提出桥梁设计基准期为1 0 0 年，但设计基 准期概念并不明确，而且也没有关于实现设计基准期1 0 0 年的具体技术措施和标 准。在2 0 0 4 年实施的公路工程技术标准( j t gb 0 1 - 2 0 0 3 ) 中未提及使用寿命 的概念。在2 0 0 6 年实施的公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范( j t g t b 0 7 一0 1 2 0 0 6 ) 中虽然提出了实现设计基准期的技术要求，但也仅为“推荐性标准”， 不具有普遍强制性。因此有必要对于建成时间较早、等级较低的公路桥梁结构材 料的老化退化进行有计划监测。 3 ) 目前我国多数在役桥梁尤其是低等级公路的中、小桥，在设计时对附属设 施和次要构件不够重视；施工时施工单位无资质，施工质量不高，甚至偷工减料。 从而导致一系列的后期问题，例如：桥面混凝土铺装层配筋不足，钢筋混凝土栏 杆保护层过薄，桥面排水系统不合理，桥台、锥坡填料不满足要求，建筑材料未 经质量检测等等。 山区低等级公路桥梁的养护管理现状 1 ) 基础资料的缺失。很多低等级公路桥梁的设计、施工流程不符合规范，导 致设计资料和施工过程中的监督、检测资料不全或者遗失，有的地方甚至为了逃 避责任甚至故意销毁相关资料，这给后期养护管理工作中的资料收集和桥梁检测 工作带来了不小的困难。 2 ) 养护管理费用有限。尽管现阶段我国基础设施建设事业正在蓬勃发展，国 家的投资扶持力度也很大。但在乡镇、农村公路网的建设方面，资金的限制任然 第一章绪论 3 较大。地方交通主管部门和公路管理机构在新建道路和养护工作的资金分配的问 题上任然存在着各种观念和体制问题，同时也包括技术的问题。如何将有限的资 金尽可能的维护管理好辖区内的桥梁这是摆在地方交通主管部门和公路管理机构 面前的一个难题。 3 ) 桥梁养护技术的限制。正如前面所讲，资金的制约必然带来技术的限制。 尽管目前我国的在桥梁设计、施工和维护管理方面的技术突飞猛进、日新月异。 但是能运用在低等级公路桥梁维护管理的技术却是有限的。很多先进的检测设备 价格昂贵，而且需要配备专业人员操作，而地方上这方面的专业人才相对缺乏。 桥梁维修加固中的新工艺、新材料、新技术在低等级公路桥梁上的应用也存在类 似的障碍。因此，更过的考虑就地取材，采用经济适用的技术和设备才是目前低 等级公路桥梁维护管理的主要方向。 目前，很多低等级道路桥梁的维护决策和管理手段依旧非常落后，只靠表面 观察、手写笔抄、现场查询、人工处理、凭经验决策的传统工作模式已滞后于时 代发展的要求，难以适应大规模公路桥梁建设热潮带来的巨大的维护管理压力 随着交通建设的不断深入，低等级公路桥梁的维护管理工作对桥梁管理系统的需 要正变得越来越迫切。为了能更好的开展低等级公路桥梁的维护管理工作，对这 些桥梁进行更加科学的检测、评价和分析，推广桥梁维护管理系统在低等级公路 桥梁维护管理中的应用应该是一种有意义的尝试。 1 2 2 桥梁维护管理系统的概念 桥梁管理系统( b r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m ) 是关于桥梁基本数据查询、桥 梁检测、状态评估、结构退化预测、维护对策和计划以及相关费用的经济分析的 计算机系统。它能在桥梁检查、养护、维修、加固、改造和重建等方面发挥作用， 充分利用现有资源，使其效用达到最优化。 桥梁管理系统主要由以下三大功能模块组成： 1 数据库( d a t a b a s e ) ； 数据库是桥梁管理系统的基础模块，它的主要功能是将采集来的桥梁基础信 息分类整理、筛选比较，方便用户查询，也为系统的后期运行提供数据和信息支 持。数据库所采集的数据主要包括：桥梁所在地的地理位置、地形地貌、地质水 文以及气候信息；桥梁的基本信息，包括桥梁外观、跨径以及结构形式：桥梁的 技术资料，包括施工图、竣工图相关质量检查验收报告等；桥梁病害记录、养护 维修记录等。 2 数据分析( d a t aa n a l y s i s ) ； 数据分析模块的主要功能是根据采集而来的数据，对桥梁技术状况作出综合 4 第一章绪论 评定。对出现的病害进行技术鉴定，进而对桥梁结构的可靠性、承载能力以及桥 梁剩余寿命进行分析、得出结论。 3 决策支持( d e c i s i o ns u p p o r t ) ； 决策至此模块的主要功能是针对数据分析模块对桥梁做出的评价和病害判断 来拟定的养护维修方案，经过比选后得出最优方案。决策模块同时还要对养护维 修方案进行相关费用的经济分析和方案实施的计划安排。 桥梁养护管理是在现代计算机编程、桥梁评估方法等技术的综合运用的基础 上，解决了原有桥粱养护管理系统桥梁信息不直观、管理信息共享困难、资料单 一的缺点，实现了空间数据和属性数据的有机结合，管理信息共享互动，资料多 类型的显示，大大提高了公路桥梁养护管理各个单位对桥粱各种技术信息的掌握。 将现代技术应用于公路桥梁管理是大势所趋，进一步拓展该系统应用功能和扩大 其应用范围，将桥梁维护管理系统应用到低等级公路桥梁维护管理工作中对于地 方交通建设以及农村公路网络的稳步发展都具有积极的作用。 1 2 3 国内外桥梁维护管理系统的发展和现状 世界上第一个桥梁管理系统是1 9 6 8 年由美国联邦公路局研发的“国家桥梁 档案数据库 。该系统应用是数据文件的形式，展现了桥梁管理系统辅助决策功能 的雏形。到了上世纪八十年代，真正意义上的综合性桥梁管理系统的才逐步发展 起来，在随后的时间里桥梁管理系统的研发引起了越累越多国家的相关部门和机 构的重视。 p o n t i s 桥梁管理系统是由美国联邦公路管理部( f h w a ) 连同佛蒙特、加利福 尼亚、田纳西、北卡罗来那、明尼苏达、华盛顿等各州的交通局共同协作研发而 成。同时该系统的研发还聘请了剑桥体系与优化公司担任系统开发顾问。在桥梁 数据的处理方面，该系统主要运用了概率条件状态缺损模型以及动态整体规划法 等方法，通过这样手段，系统可以以对桥梁未来的维护管理或技术改造等工作进 行预测和分析。同时，针对不同问题的处理需要，该系统构建了三个模型，它们 分别对应系统不同的功能模块。这三个模型分别是决策优化模型、功能改进模型 以及网络级维护模型。嘲 d a n b r i o 系统是丹麦的道路管理部门在1 9 8 7 年研制开发的桥梁维护管理系统。 d a n b r i o 系统不仅应用于丹麦的道路管理机构，该系统在泰国、沙特阿拉伯、墨西 哥等国都用应用。系统根据桥梁的施工、设计、维修规范与道路法规等依据，对 桥梁从前期规划到设计施工再到维护加固的全生命周期内的各项工作进行管理。 在该系统的辅助管理下，决策者可以实时了解辖区内桥梁运营状况和车辆通行现 状等相关信息，还可以了解到桥梁将来维修加固的费用预测情况跚。 第一章绪论5 澳大利亚的桥梁管理系统是由澳大利亚p i t t & s h e r r y 公司研发的b r i d g e a s y s t 综合性桥梁管理系统。该系统通过风险评估来完成桥梁评估功能。系统首先根据 给定的桥梁失效分值和桥梁病害的失效概率，对路网中桥梁存在的每一种病害都 可以自动生成一个风险分值，然后将桥梁各组成部件的风险分值进行叠加即可得 出全桥的风险分值，并用此分值来评估桥梁的状态。同时风险分值还可以用来评 定桥梁病害等级，辅助系统来完成对病害维修的排序工作并制定养护计划。 日本最早的桥梁管理系统于1 9 9 5 年完成，该系统最大的优点就是它可以逐年 更新桥梁的实际检测资料。而为能达到提高数据文件的传输速率以及对大量检测 资料与图片、照片等多媒体资料的建立与管理的目的，日本建设省土木研究所于 1 9 9 8 年在产品资料交换标准技术和营建信息运筹管理的基础上，研究开发出了桥 梁维护管理信息系统。该系统的主要功能是整合并且管理桥梁在新建、检测以及 维修过程中的相关资料。在此基础上，利用互联网技术，提高资料的传输效率。 在桥梁管理系统与桥梁维护管理信息系统结合之后，在互联网和计算机辅助下， 桥梁管理、养护和维修各个部门之间的数据传输和信息交流变得更加快捷高效。嘲 霉 除了上述的国家之外，瑞士、印度、德国、加拿大等国也都相继开发了自己 的桥梁管理系统。 我国的桥梁管理系统开始于上世纪八十年代初期。最早是交通部公路研究所 联合四川省公路研究所、北京市公路管理局、广东省公路研究所等单位从我国的 桥梁维护管理工作的实情出发，并借鉴了国外先进的经验的基础上，进行公路桥 梁管理系统的研发工作。在各单位的共同努力下，先后开发了四川省桥梁数据库 ， 系统、广东省桥梁管理系统以及北京市公路桥梁管理系统。进过几十年的发展， 我国的桥梁管理系统研发工作也取得的长足的进步，出现了一些具有代表性的桥 梁管理系统，例如上海市桥梁维护管理系统、厦门海沧大桥维护管理系统公以及 中国公路桥梁管理系统( c b m s ) 。这当中，使用最为广泛的便是交通部公路科研所 于1 9 8 6 年研发的中国公路桥梁管理系统( c b m s ) ，该系统在1 9 9 2 年完成了c b m sv 1 0 版的研发工作，交通部在1 9 9 3 年将该系统进行立项推广，在往后十余年推广使用 过程中该系统又先后进行过多次的改进升级工作。 1 2 4 中国桥梁管理系统( c b m s ) 简介 c b m s 是c h i n ab r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m 的缩写字头，即中国公路桥梁管理 系统之意。c b m s 是交通部重点新技术推广应用项目之一。 c b m s 可提供桥况登记、数据录入管理、查询统计、评价决策、加固决策、资 金分配、g i s 多媒体管理、维修检查计划和年度报告等综合管理系统。系统构成如 图卜1 所示。 6 第一章绪论 图1 1c b m s 系统构成图 f i g1 1 c b m ss y s t e mc o m p o n e n td i a g r a m c b m s 系统采用结构化模块设计，系统分为：总控制层、子系统层、模块层和 功能层四层，共由六个子系统组成： 数据管理子系统主要完成数据录入、删除、插入、更新、批量修改、查询 修改、数据备份、传输等功能；提供g i s 与编辑区和浏览区的数据同步和定位功 能；提供用户管理、系统参数设置、数据字典维护等功能。 统计查询子系统功能为日常管理中常用功能，实现报表分类处理、统计结 果输出和高级查询输出。 评价决策子系统采用a h p 层次分析法、模糊理论评判法、d s s 人工智能决 策理论建模。 费用模型子系统，主要通过输入工程量与实施时间，系统完成对单桥维修 的各项费用的计算并输出分析结果，为用户合理安排养护资金提供支持。 维修计划子系统可提供“桥梁维修排序、“桥梁检查计划”和“养护报告 的输出。 地理信息系统( g i s ) ，用户首先选定合适的地图比例，将地图分层数字化 第一章绪论 7 输入计算机，标定路桥相关信息，形成涵盖多层叠加信息的地理信息图。通过g i s 地图操作可直接查找某区域的桥梁或某一座桥梁的相关数据资料，如桥梁的识别 数据、结构数据、各构件病害、图片信息及录像、文字资料等，可了解桥梁地理 位置的整体分布情况。 c b m s 是以现有公路桥梁为对象，研究其计算机化的营运管理内容、编码标准、 检查手段、评价方法、维修措施、加固对策、费用分析和投资预决策等。以提高 桥梁维护资金的使用效益、增强对营运中的桥梁的监控、延长其使用寿命、提高 桥梁的管理决策水平为目的。c b m s 是桥梁管理者的重要参谋和决策工具，是一套 完整、实用、具有广泛应用价值的综合管理技术。它吸收了国内外先进的公路桥 梁管理经验，是集桥梁静态数据库、动态数据库、文档数据库和a h p 层次分析法、 费用分析、g i s 地理信息系统、多媒体及旧桥加固对策人工智能为一体的桥梁综合 管理系统。 c b m s 系统包括桥梁静态、动态、文档、图像和加固对策等五个数据库。设置 数据管理、基本应用、统计处理、多媒体管理、桥梁图表、评价决策、维修计划、 费用分析、预决策九个子系统1 0 0 余项功能。九个子系统综合运作，能够为桥梁 管理提供全方位服务和辅助决策，满足了公路桥梁的管理、维护、维修加固、评 价决策与投资管理的需要。 c b m s 系统采用代码设计技术、覆盖技术、图象压缩技术和多媒体触摸屏技术、 多媒体图像技术、g i s 地理信息系统技术等使系统集成化高、维护移植方便、生动 直观、丰富多彩。在计算机系统中很好地解决了时间与空间的关系。 c b m s 的先进性与实用性已在实践中得到证实，但在c b m s 推广应用及桥梁维护 管理中，仍不同程度地存在一些问题： 在对桥梁进行评价后没有优先排序功能： c b m s 系统只把大中桥纳入了管理范围，未考虑小桥涵，而实际工作中我们 希望系统把小桥涵也一并划入c b m s 系统，这样管理更方便、有序； 加固决策方案偏少，建议结合目前新工艺、新方法、新材料扩充评价决策 子系统，使加固方案选择自由度更大，体现最优原则。 1 2 5 山区低等级公路管理系统与c b m s 的区别 山区低等级公路管理系统与目前常用的c b m s 的基本功能组成相近，均由信息 录入、桥梁评价、维修决策组成，为用户提供桥梁信息查询和输出和桥梁养护计 划以及维修方案的制定。但由于面向对象不同，这两类系统存在如下一些区别： 山区低等级公路管理系统的主要管理对象多数是中、小桥梁，其结构形式 为简单，技术等级较低；c b m s 重点是针对高等级公路桥梁或者是具有独立的大、 8 第一章绪论 特大跨径桥梁管理。 山区低等级公路管理系统所管理的桥梁数量众多而类同，所以在评价方法 和信息采集手段的选择中更注重经济性、适用性，以便于广泛的推广使用；c b m s 所管理的桥梁技术先进、跨径大，通常需要对某一座桥梁单独建立分析模型、制 定专门的评价指标体系、安装各类监控设备。 山区低等级公路管理系统在信息技术方面还较为落后，例如动态数据库、 g i s 地理信息系统、加固对策人工智能等方面的发展还较为滞后；而c b m s 在这些 功能上的开发应用工作已经发展的较为成熟。 1 3 本文研究的目的、意义及主要内容 1 3 1 本文研究的目的及意义 正如前文中所提到，对于我国西部山区低等级公路桥梁养护管理工作，仍然 存在技术落后、资金有限、管养机制不完善等诸多的条件限制，然而这一类型的 桥梁却是数量众多、分布广泛。随着交通建设的深入，新农村建设的全面展开， 这些连系着各个县、乡、村、镇数量众多的桥梁，即起到了保证交通运输、拉动 经济发展的作用，保证这些桥梁的安全运营显得格外重要。 鉴于桥梁维护管理系统在小桥涵和低等级公路桥梁方面的应用还较少，本文 希望通过对已有的桥梁维护管理系统的分析研究，再结合山区公路桥梁的特点， 对桥梁维护管理在山区低等级公路桥梁的维护管理工作中的应用做出一些有意义 的尝试。 1 3 2 本文研究的主要内容 本文主要是按照目前桥梁管理系统最基本功能模块结合山区低等级公路桥梁 的特点，进行有针对性的应用研究。主要包括桥梁基本数据、桥梁状态评价、桥 梁维修决策三项基本方法的研究。在方法研究的基础上，结合城口县仁河大桥维 修加固实例，采用所述方法对其进行数据采集、桥梁评价、维修方案决策等相关 应用，进而验证各个方法的可靠程度。全文共分六章： 第一章是绪论部分，对论文研究的背景及目的、研究的主要内容和目前国内 外研究现状进行论述，并对论文的目的及意义做了阐述。 第二章是对山区低等级公路桥梁管理的系统数据管理模块的应用研究。主要 包括桥梁数据信息的分类及采集、桥梁信息采集的频率与检查项目等内容。 第三章是对主要论述的是桥梁状态的评价方法。本文采用的d e r & u 评估法。 该方法中，先对桥梁的各个构件进行状态评估，进而对整座桥梁进行状态评估， 再对桥梁的功能进行评估，最终得到桥梁整体的优选指标。根据该指标来确定桥 第一章绪论 9 梁病害的严重程度，同时该指标也是对多座病害桥梁的维修工作排序的一个重要 依据。 第四章主要介绍了山区低等级公路桥梁病害的特点和共性，并给出桥梁维修 改造工作的一般原则。在这基础上再针对常见的桥梁病害给出维修对策，维修对 策按桥梁上部结构、下部结构和基础进行分类，同时还对各种方法的使用条件和 优缺点经行分析比对，从而便于更合理的制定桥梁维修方案。 第五章是实际案例分析。分析对象是城口县仁河大桥，首先对该桥进行了数 据的采集及分类。然后针对该桥的病害情况，采用d e r & u 法对其进行状态评价， 并依据病害的特征作出维修方案的决策。同时，对加固方案的可靠性进行验算， 以确认加固方案的合理性。 第六章对山区低等级公路桥梁维护管理系统的软件构架作了简要分析。本文 对该系统的构架是定位于网络级的桥梁管理系统，并按照客户端服务端的模式进 行架构。 1 0 第二章山区低等级公路桥梁数据管理 第二章山区低等级公路桥梁数据管理 2 1 山区低等级公路桥梁数据信息分类 山区低等级公路桥梁的类型多数为钢筋混凝土梁桥、预应力混凝土梁桥和石 拱桥，因为此类桥梁具有一定的代表性和典型性，本文的相关内容均以此类桥梁 为研究对象。 桥梁数据信息主要包括以下几类资料： 桥梁所在地区的地理信息。 主要包括地理位置、地质水文、地形地貌和交通现状。 桥梁病害原因与其所处的地理条件是密不可分的，不同地区的桥梁病害和损 伤表现出较强的区域分布的特点。在东北等寒冷地区，主要以桥梁结构的冻融损 伤较为典型；西北、华北地区，由于季节性河流较多、温差较大，造成桥梁下部 结构的磨蚀和侵蚀问题较为突出；东部沿海地区普遍存在钢筋锈蚀、保护层剥落 等耐久性问题，南方地区、西部山区则以基础冲刷和水毁问题较为严重。 完整的地理信息，是对桥梁的病害做出准确的判断以及正确制定维修方案的 一个先决条件。 桥梁的设计资料。 包括设计图纸、地勘资料和相关的文件； 桥梁的设计资料、地勘资料对桥梁后期维护的重要性是不言而喻的，这部分 资料的缺失对后期桥梁检测、承载力分析、结构验算等工作都会带来一定的影响。 但是山区低等级公路桥梁，由于建设时间较早，设计资料遗失现象较为常见；另 外有一部分桥梁在没有做地勘的情况下就完成了设计、施工，甚至有的桥梁连设 计图纸都没有就建成投入使用。本论文在后面章节中的实际案例一重庆市城口县 仁河大桥，就是没有设计资料的桥梁，这种情况对我们桥梁病害的检测和鉴定造 成了相关大的困难。 总的来说，设计资料的缺失是山区桥梁维护管理工作的一个特点也是一个难 点。只有努力加强对新建桥梁项目的严格管理，希望能逐步改善这一问题。 桥梁施工信息。 包括设计变更、竣工资料以及施工过程中的相关文件。 桥梁施工过程中的施工变更和竣工资料与设计文件同样重要，这三部分组成 了桥梁的完整基础资料。但同设计文件存在一样的问题，山区低等级公路桥梁的 施工过程的中间文件缺失情况也非常严重。 桥梁常规检查记录。 第二章山区低等级公路桥梁数据管理 包括桥梁上部结构、下部结构及基础的检测记录信息。 这部分信息主要通过对桥梁各类结构的定期观测来获得。记录时应采用统一 的格式、项目分类和评判标准来进行，记录结果以规范化的桥梁信息卡储存到桥 梁维护管理系统的数据库中。以便为用户提供桥梁信息的查询和比对。 桥梁特殊检查信息 包括各类自然灾害后的桥梁状况调查、重车过桥记录以及维修加固记录。 除了定期的桥梁检测以外，还应进行一些特殊的检测。例如，地震、泥石流、 洪水等自然灾害发生后，应对桥梁进行全面的检查，以比较灾前灾后桥梁结构是 否有病害发生，或者病害有无进一步发展的趋势；另外有重车或特种车辆经过桥 梁时，有条件的情况下最能好先进行承载能力验算或实验，如果条件不满足，则 应在车辆通过后及时对桥梁结构进行全面的观测。除此之外，对于桥梁的每一次 常规养护、或者维修加固工作，都应做相应的记录。 2 2 山区低等级公路桥梁数据信息采集 2 2 1 桥梁数据信息采集工具n 们 随着我国桥梁建设事业的飞速发展，各类新工艺、新材料、新方法、新设备 不断的投入到实际的生产建设活动中，大大提升了行业水平，提高了生产效率。 对于桥梁数据信息的采集，近些年由于桥梁养护管理工作的深入开展，也不断的 引入了先进的技术和设备。但是山区低等级公路桥梁由于存在种种的局限，导致。 在这类桥梁的数据信息采集过程中，对于这些先进的技术和设备也只能选择性的 应用。 目前桥梁检测活动中经常用到的桥梁检测车，以英国b a r i n 公司生产的 b c 一1 5 0 桥梁检测车为例。该检测车工作平台的长度为1 5 m ，工作平台的宽度为 1 1 m ，工作时占用的桥面宽度为2 5 m ，设备总质量为2 3 t o n 。鉴于上述该检测车 的工作性能以及其相对昂贵的价格，目前，仍不适广泛应用于在低等级公路桥梁 的检测工作中。再比如万能试验机、混凝土压力机等设备，这些设备的操作需要 配备专业的工作人员，同时还需要进行相关维护保养工作。这些问题，在山区低 等级公路桥梁的维护管理工作中显然还不能在短时间内彻底解决。 本论文结合山区低等级公路桥梁的特点，列举如下常用的桥梁检测仪器、设 备、工具。( 见表2 1 ) 1 2 第二章山区低等级公路桥梁数据管理 表2 1 桥梁检测常用主要仪器设备工具 t a b i e2 1b ri d g ei n s p e c t i o ne q u i p m e n tt o o iu s e dm a i n i y 仪器设备型号( 规格)数量说明 经纬仪j 6 1 平面位置轴线测量 水准仪s d 31 高程测量 全站仪3 0 1 d1 综合测量 刻度放大镜l 现场观察 望远镜1现场观察 照相机 1 现场观察 应变仪手持式 1 测定变形值 回弹仪h t - 2 2 5 型2 混凝土无破损强度检测 非金属超声波仪6 s - 2 5 型l混凝土强度、缺陷检测 裂缝显微镜l检查裂缝宽度 混凝土保护层测试仪 l 混凝土保护层厚度和钢筋位置检测 混凝土取芯机g z 一2 0 0 型 l 取芯检测混凝土强度 钢筋锈蚀仪 l 检测钢筋锈蚀情况 铝合金折梯l o r e2墩台身检查 悬挂式移动检查自制、全幅2检查梁底、墩顶面 自动安平水准仪 n a 2l 高程水准测量 金属超声波探伤( 选用) g i s - 2 3l 钢制品探伤 混凝土压力机( 选用) 2 0 0 0 k n1 测定混凝土抗压强度 万能试验机( 选用) 1 0 0 0 k nl 测定钢筋的拉伸、弯曲 起重机( 选用) l 配合检查 桥梁检测车( 选用) 1 配合检查 表2 1 中所列工具，应根据桥梁所在地的具体情况酌情选用，不必一味求全 求新，只要能满足数据采集的需要即可。 2 2 2 桥梁数据信息记录表格 本论文中对于桥梁信息记录，主要还是采用由相关主管部门印制统一格式的 信息卡片记录为主。记录方式分两种，根据地方具体实际情况。一是采用电子版 本的卡片格式，通过p d a 采集、记录，然后传输到系统数据库中；