中外桥梁长寿命化进展及其思考
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对桥梁而言，多长的寿命合适？——一个只有工程实践 反馈信息而鲜有系统研究的问题
7
1 引言—桥梁工程发展的“三段论”
数量
新建桥梁 修复加固桥梁 改造重建桥梁
新建为主阶段
建养并重阶段
管养为主阶段
时间
国家或地区的桥梁总体发展变化情况，桥梁保有量最终会相对稳定 桥梁新建时的强度会与桥梁修复加固时的强度相对应 工业化国家已进入“管养为主阶段”；中国正迈向“建养并重阶段”
18
3 美国公路桥梁更新计划
美国公路战略研究计划（第二期） Strategic Highway Research Program (SHRP-2)
Safety
Renewal
Capacity
优质客 户服务
Reliability
时间：2006-2015 经费：～＄3.5亿
主旨：关爱生命，减少拥堵，改善生活质量
钢铁桥 40%
砼桥 10%
圬工拱桥 50%
大多数圬工拱桥的服役时长接近150年
钢铁桥 ∽16,000座
铸铁-680 座；熟铁-5,600 座；钢-9,700 座
<10 年，10%；20-50 年，10%； 50-100 年，30% ； >100 年，50%
混凝土桥 ∽4,000座
<20 年，25%；20-50 年，55%； 50-100 年，16%
2013年，7.10万座 >50年，占比18%
2023年，17.1万座 >50年，占比43% 桥梁老化数量激增！
2033年，26.7万座 >50年，占比67%
∽700,000座
22
4 日本桥梁长寿命维修计划
日本国内钢桥情况
数据统计来源：日本 橋梁建設協会 http://www.jasbc.or. jp/statistics/statistic s.php
55 >55
1949年统计的公路7.5万公里，1976年统 计的公路57.9万公路，确定1949年之前的
占比为13%
较多改建或废弃
26
5 中国桥梁长寿命现状分析
“年轻”并不等同于“健康”，桥龄短也不能保证寿命长
国内事故桥梁分析：使用寿命超过50年的仅占8%，平均使用寿 命仅为23.8年（不及国外的40年），还不到期望寿命的1/4
公路等级
特大桥 大桥
中桥
小桥 涵洞
≠“设计基准期” ≠“使用寿命”
高速公路 一级公路
100
100
50
二级公路 三级公路
100
50
30
四级公路
100
50
306
1 引言—桥梁寿命设计
（全）寿命设计——期望的使用寿命期内桥梁结构整体 性能（除安全性外，还包括耐久性、经济性等）最优的 设计
寿命设计主要体现一种新的设计理念和方法，与使用寿 命或设计寿命本身的长短没有直接关联
2020
27
服役时长/年 服役时长/年
6 几点建议
以科技创新引领桥梁长寿命理论和技术研究 以“预防性维修”助力桥梁长寿命 适时开展使用寿命设计方法研究和大跨桥梁长寿
命系统化设计研究
日本明石海峡大桥 按200年设计 澳大利亚第二门道桥 按300年设计
28
7 结语
我国交通现状及发展、桥梁现状及发展，给 桥梁正常及长寿命服役带来了严峻考验
8
1 引言—桥梁保有量对比
欧盟
日本
美国
中国
总数：100×104座 总数：20×104座 总数：77×104座 面积：438×104km2 面积：38×104km2 面积：963×104km2 人口：5.08×108 人口：1.27×108 人口：3.21×108 人均：19.68万座/亿 人均：15.75万座/亿 人均：23.99万座/亿 地均：0.23/km2 地均：0.53/km2 地均：0.08/km2
20
3 美国公路桥梁更新计划
-“使用寿命超过100年的桥梁”项目
面对问题
养护维修经 费欠缺
维修时对正 常交通的干 扰大
各种不利的 自然环境的 影响
车辆荷载的 影响
研究目标
从桥梁构件、 子系统到系统 层面，明确问 题，提出解决 方案，构建高 性能桥梁的发 展战略
提出一套可延 长桥梁使用寿 命的概念并加 以验证
已在日本全国推行，到 2013年4月，日本全国 95%的桥梁（长度15m以 上）完成了检查，79%的桥 梁已纳入长寿命化维修计划
这一计划已从桥梁工程延伸 到各类土木基础设施
调查统 计分类
经费及 实施
预防性维修 实施步骤
寿命劣 化分析
管养策 略制定
健全度 评估
24
4 日本桥梁长寿命维修计划
（无劣化） （几乎无劣化）
桥梁老龄化问题首先在西方工业化国家得到 重视和研究，海外的研究成果可资借鉴
需以科技创新为引领，适时开展桥梁长寿命 理论、技术、设计和养护维修方法等的研究
29
感谢聆听 敬请指正
30
年份区段 桥梁数量 /万座
2001 - 2014 52.9
1977 - 2000 11.4
1976之前 1950 - 1976
11.7 10.2
1908 - 1949 1.5
占比
69.6% 15.0% 15.4% 13.4%
2%
平均服役 时长/年
9
28
备注
按统计数据∽76万座为基准
改革开放以来建造的桥梁超过80% 平均服役时长20年，最长的40年
（轻微劣化） （较严重劣化）
（严重劣化）
“事后维修”与 “预防性维修”
25
5 中国桥梁长寿命现状分析
目前，还未见公开的有关我国桥梁的总体统计信息；对公路桥 梁服役时长的推断，见下表
铁路桥梁总数在7万座左右，平均服役时长应大于公路桥梁者 。目前寿命百年左右的桥梁绝大部分为铁路桥，但数量极少。
对比欧盟和日本的情况，可看出我国的桥梁还很“年轻”。
Years: Innovative Systems, Subsystems, and Components
使用寿命超过100 年的桥梁：运营极限状态设计 SHRP
2 R19(B)-Bridges for Service Life Beyond 100 Years: Service Limit State Design
从90年代末期开始， 钢桥建设逐渐减少
铁路钢桥总量占钢桥 总量的比例小于6.5%
60年桥龄以上的铁路 钢桥数占到铁路钢桥 总数的50%以上（其 他文献数据）
23
4 日本桥梁长寿命维修计划
2009年，东京都提出“桥 梁管理的中长期计划”
关键措施：把习用的以“事 后维修”为主的方法改为以 “预防性维修”为主的方法
总体上50%的桥梁服役时长超过100年
16
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
六项工作
检测与状态评估技术 长期监测技术 承载能力评估 修复与加固技术 实桥试验与验证 形成指南并宣传推广
http://www.sustainablebrid /projectweb/portalp roject/Index.html
总数：82×104座 面积：960×104km2 人口：14×108 人均：5.86万座/亿 地均：0.09/km2
对比工业化国家情况，中国桥梁建设的道路还很长
9
1 引言—我国桥梁现状
注：从2006年 起，统计数据 中包含了乡村 公路桥梁
公路桥 梁保有 量大
仍处于 高速发 展时期
各类危桥所 占比重高
中外桥梁长寿命化 进展及其思考
土木工程学院 桥梁工程系
李亚东 2016.5 北京
1
汇报提纲
1. 引言 2. 欧盟桥梁长寿命研究项目 3. 美国公路桥梁更新计划 4. 日本桥梁长寿命维修计划 5. 中国桥梁长寿命现状分析 6. 几点建议 7. 结语
2
1 引言—桥梁使用寿命
2000年-
1400年130年-
12
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
可持续桥梁（Sustainable Bridges: Assessment for future traffic demands and longer lives）
长寿命桥梁（Long Life Bridges）
13
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
“欧盟框架计划”支持的项目：12个国家32家 单位参与；€1千万经费，2004-2007年
130年-
3
1 引言—桥梁使用寿命（跨海桥）
960年-
190年-
80年-
65年-
英国梅奈海峡桥 1826
美国切萨皮克湾大桥 1952 1973 6.95km
4
1 引言—桥梁使用寿命
4个月
使用寿命：桥梁从投入 使用到被迫终止或主动 2年 废弃的服役时长
40年
3年
5
1 引言—桥梁设计寿命
设计寿命——期望的使用寿命
美国AASHTO规范
Design Life（安全性要求，与设计基准期一致，75年）
Service Life（无明确时间规定，与耐久性设计有关）
中国《公路桥涵设计通用规范》2015年版
设计使用年限 – 正常条件下（无需大修或更换）按预定目
的使用的年限 设计基准期：100年
主体结构
“设计寿命”
检测技术 桥梁试验
监测技术
17
3 美国公路桥梁更新计划
美国公路战略研究计划（第二期）Strategic Highway Research Program (SHRP-2)
桥梁长期性能研究计划 Long-Term Bridge Performance Program (LTBPP) 2008-2027
核心内容
针对桥梁 使用寿命， 研发出系 统的、综 合的、协 调一致的 设计方法
展现可提 升桥梁使 用寿命的 明确信息
主要成果
用于新桥设 计或旧桥修 复更新设计 的桥梁使用 寿命设计指 南
桥梁使用寿 命和耐久性 的系统设计 方法
21
4 日本桥梁长寿命维修计划
日本公路桥梁现状调查：
数量∽700,000座（长2m以上）；∽161,000座（15m以上） 桥梁服役时长统计预测数据：
近22万座（总数超30万座） 按照材料划分 按照服役时长划分
超过100年的桥梁占比超过 35%
短于10年的桥梁占比为11%
按照跨度划分
跨度小于10m的桥梁占比为 62%
跨度大于40m的桥梁占比为 5%
15
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
总量约40,000座
英国铁路桥梁现状调查
圬工拱桥 ∽20,000座 50-100年，34%；>100年，64%
以铁路桥梁为对象 项目的三大目标
提高既有桥梁的运输能力，期望对普速的货物运 输，可将轴重提高到33t；对轴重较小的客运， 可将速度提高到350km/h；
延长既有桥梁的剩余使用寿命，量化为25%； 升级桥梁的养护维修、加固修复的管理系统。
14
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
桥梁现状调查：统计数量接
耐久性问题 比较突出
管养已面临 巨大压力
10
1 引言—我国桥梁现状
事故桥梁座数
在桥梁保有量大体相当 的条件下，中国的桥梁 安全问题更为突出
中国桥梁的平均使用寿 命较短，安全问题提前 暴露
保有量 公+铁 ∽62+15 ∽70+30 ∽76+7
年代
11
1 引言—我国应适时开展桥梁长寿命研究
如何通过各种创新的科技方法和养护维修 手段，来提升桥梁安全、延长使用寿命、 缓解今后高密度高强度维修加固给国家财 政、经济发展和社会生活带来的巨大压力？
由此看出，一部分70年代建造的旧桥难以适应当前的交通运输 ，一部分90年代建造的桥梁的质量和管养存在较大的问题源自150国内，172座
100
50
0 1940
1960
1980 事故年份
2000
2020
250
国外，148座
200
150
100
50
0 1900
1920
1940 1960 1980 事故年份
2000
19
3 美国公路桥梁更新计划
Renewal目的: 针对公路交通基础设施的系统化修复改造 ，研发相关技术和解决方案，这些技术和方案应实施便 捷，对交通影响最小，并可延长设施的使用寿命
共列有34个项目 与桥梁相关的主要项目：
使用寿命超过100 年的桥梁：创新的系统、子系统和 构件 SHRP 2 R19(A)-Bridges for Service Life beyond 100
7
1 引言—桥梁工程发展的“三段论”
数量
新建桥梁 修复加固桥梁 改造重建桥梁
新建为主阶段
建养并重阶段
管养为主阶段
时间
国家或地区的桥梁总体发展变化情况，桥梁保有量最终会相对稳定 桥梁新建时的强度会与桥梁修复加固时的强度相对应 工业化国家已进入“管养为主阶段”；中国正迈向“建养并重阶段”
18
3 美国公路桥梁更新计划
美国公路战略研究计划（第二期） Strategic Highway Research Program (SHRP-2)
Safety
Renewal
Capacity
优质客 户服务
Reliability
时间：2006-2015 经费：～＄3.5亿
主旨：关爱生命，减少拥堵，改善生活质量
钢铁桥 40%
砼桥 10%
圬工拱桥 50%
大多数圬工拱桥的服役时长接近150年
钢铁桥 ∽16,000座
铸铁-680 座；熟铁-5,600 座；钢-9,700 座
<10 年，10%；20-50 年，10%； 50-100 年，30% ； >100 年，50%
混凝土桥 ∽4,000座
<20 年，25%；20-50 年，55%； 50-100 年，16%
2013年，7.10万座 >50年，占比18%
2023年，17.1万座 >50年，占比43% 桥梁老化数量激增！
2033年，26.7万座 >50年，占比67%
∽700,000座
22
4 日本桥梁长寿命维修计划
日本国内钢桥情况
数据统计来源：日本 橋梁建設協会 http://www.jasbc.or. jp/statistics/statistic s.php
55 >55
1949年统计的公路7.5万公里，1976年统 计的公路57.9万公路，确定1949年之前的
占比为13%
较多改建或废弃
26
5 中国桥梁长寿命现状分析
“年轻”并不等同于“健康”，桥龄短也不能保证寿命长
国内事故桥梁分析：使用寿命超过50年的仅占8%，平均使用寿 命仅为23.8年（不及国外的40年），还不到期望寿命的1/4
公路等级
特大桥 大桥
中桥
小桥 涵洞
≠“设计基准期” ≠“使用寿命”
高速公路 一级公路
100
100
50
二级公路 三级公路
100
50
30
四级公路
100
50
306
1 引言—桥梁寿命设计
（全）寿命设计——期望的使用寿命期内桥梁结构整体 性能（除安全性外，还包括耐久性、经济性等）最优的 设计
寿命设计主要体现一种新的设计理念和方法，与使用寿 命或设计寿命本身的长短没有直接关联
2020
27
服役时长/年 服役时长/年
6 几点建议
以科技创新引领桥梁长寿命理论和技术研究 以“预防性维修”助力桥梁长寿命 适时开展使用寿命设计方法研究和大跨桥梁长寿
命系统化设计研究
日本明石海峡大桥 按200年设计 澳大利亚第二门道桥 按300年设计
28
7 结语
我国交通现状及发展、桥梁现状及发展，给 桥梁正常及长寿命服役带来了严峻考验
8
1 引言—桥梁保有量对比
欧盟
日本
美国
中国
总数：100×104座 总数：20×104座 总数：77×104座 面积：438×104km2 面积：38×104km2 面积：963×104km2 人口：5.08×108 人口：1.27×108 人口：3.21×108 人均：19.68万座/亿 人均：15.75万座/亿 人均：23.99万座/亿 地均：0.23/km2 地均：0.53/km2 地均：0.08/km2
20
3 美国公路桥梁更新计划
-“使用寿命超过100年的桥梁”项目
面对问题
养护维修经 费欠缺
维修时对正 常交通的干 扰大
各种不利的 自然环境的 影响
车辆荷载的 影响
研究目标
从桥梁构件、 子系统到系统 层面，明确问 题，提出解决 方案，构建高 性能桥梁的发 展战略
提出一套可延 长桥梁使用寿 命的概念并加 以验证
已在日本全国推行，到 2013年4月，日本全国 95%的桥梁（长度15m以 上）完成了检查，79%的桥 梁已纳入长寿命化维修计划
这一计划已从桥梁工程延伸 到各类土木基础设施
调查统 计分类
经费及 实施
预防性维修 实施步骤
寿命劣 化分析
管养策 略制定
健全度 评估
24
4 日本桥梁长寿命维修计划
（无劣化） （几乎无劣化）
桥梁老龄化问题首先在西方工业化国家得到 重视和研究，海外的研究成果可资借鉴
需以科技创新为引领，适时开展桥梁长寿命 理论、技术、设计和养护维修方法等的研究
29
感谢聆听 敬请指正
30
年份区段 桥梁数量 /万座
2001 - 2014 52.9
1977 - 2000 11.4
1976之前 1950 - 1976
11.7 10.2
1908 - 1949 1.5
占比
69.6% 15.0% 15.4% 13.4%
2%
平均服役 时长/年
9
28
备注
按统计数据∽76万座为基准
改革开放以来建造的桥梁超过80% 平均服役时长20年，最长的40年
（轻微劣化） （较严重劣化）
（严重劣化）
“事后维修”与 “预防性维修”
25
5 中国桥梁长寿命现状分析
目前，还未见公开的有关我国桥梁的总体统计信息；对公路桥 梁服役时长的推断，见下表
铁路桥梁总数在7万座左右，平均服役时长应大于公路桥梁者 。目前寿命百年左右的桥梁绝大部分为铁路桥，但数量极少。
对比欧盟和日本的情况，可看出我国的桥梁还很“年轻”。
Years: Innovative Systems, Subsystems, and Components
使用寿命超过100 年的桥梁：运营极限状态设计 SHRP
2 R19(B)-Bridges for Service Life Beyond 100 Years: Service Limit State Design
从90年代末期开始， 钢桥建设逐渐减少
铁路钢桥总量占钢桥 总量的比例小于6.5%
60年桥龄以上的铁路 钢桥数占到铁路钢桥 总数的50%以上（其 他文献数据）
23
4 日本桥梁长寿命维修计划
2009年，东京都提出“桥 梁管理的中长期计划”
关键措施：把习用的以“事 后维修”为主的方法改为以 “预防性维修”为主的方法
总体上50%的桥梁服役时长超过100年
16
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
六项工作
检测与状态评估技术 长期监测技术 承载能力评估 修复与加固技术 实桥试验与验证 形成指南并宣传推广
http://www.sustainablebrid /projectweb/portalp roject/Index.html
总数：82×104座 面积：960×104km2 人口：14×108 人均：5.86万座/亿 地均：0.09/km2
对比工业化国家情况，中国桥梁建设的道路还很长
9
1 引言—我国桥梁现状
注：从2006年 起，统计数据 中包含了乡村 公路桥梁
公路桥 梁保有 量大
仍处于 高速发 展时期
各类危桥所 占比重高
中外桥梁长寿命化 进展及其思考
土木工程学院 桥梁工程系
李亚东 2016.5 北京
1
汇报提纲
1. 引言 2. 欧盟桥梁长寿命研究项目 3. 美国公路桥梁更新计划 4. 日本桥梁长寿命维修计划 5. 中国桥梁长寿命现状分析 6. 几点建议 7. 结语
2
1 引言—桥梁使用寿命
2000年-
1400年130年-
12
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
可持续桥梁（Sustainable Bridges: Assessment for future traffic demands and longer lives）
长寿命桥梁（Long Life Bridges）
13
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
“欧盟框架计划”支持的项目：12个国家32家 单位参与；€1千万经费，2004-2007年
130年-
3
1 引言—桥梁使用寿命（跨海桥）
960年-
190年-
80年-
65年-
英国梅奈海峡桥 1826
美国切萨皮克湾大桥 1952 1973 6.95km
4
1 引言—桥梁使用寿命
4个月
使用寿命：桥梁从投入 使用到被迫终止或主动 2年 废弃的服役时长
40年
3年
5
1 引言—桥梁设计寿命
设计寿命——期望的使用寿命
美国AASHTO规范
Design Life（安全性要求，与设计基准期一致，75年）
Service Life（无明确时间规定，与耐久性设计有关）
中国《公路桥涵设计通用规范》2015年版
设计使用年限 – 正常条件下（无需大修或更换）按预定目
的使用的年限 设计基准期：100年
主体结构
“设计寿命”
检测技术 桥梁试验
监测技术
17
3 美国公路桥梁更新计划
美国公路战略研究计划（第二期）Strategic Highway Research Program (SHRP-2)
桥梁长期性能研究计划 Long-Term Bridge Performance Program (LTBPP) 2008-2027
核心内容
针对桥梁 使用寿命， 研发出系 统的、综 合的、协 调一致的 设计方法
展现可提 升桥梁使 用寿命的 明确信息
主要成果
用于新桥设 计或旧桥修 复更新设计 的桥梁使用 寿命设计指 南
桥梁使用寿 命和耐久性 的系统设计 方法
21
4 日本桥梁长寿命维修计划
日本公路桥梁现状调查：
数量∽700,000座（长2m以上）；∽161,000座（15m以上） 桥梁服役时长统计预测数据：
近22万座（总数超30万座） 按照材料划分 按照服役时长划分
超过100年的桥梁占比超过 35%
短于10年的桥梁占比为11%
按照跨度划分
跨度小于10m的桥梁占比为 62%
跨度大于40m的桥梁占比为 5%
15
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
总量约40,000座
英国铁路桥梁现状调查
圬工拱桥 ∽20,000座 50-100年，34%；>100年，64%
以铁路桥梁为对象 项目的三大目标
提高既有桥梁的运输能力，期望对普速的货物运 输，可将轴重提高到33t；对轴重较小的客运， 可将速度提高到350km/h；
延长既有桥梁的剩余使用寿命，量化为25%； 升级桥梁的养护维修、加固修复的管理系统。
14
2 欧盟桥梁长寿命研究项目
桥梁现状调查：统计数量接
耐久性问题 比较突出
管养已面临 巨大压力
10
1 引言—我国桥梁现状
事故桥梁座数
在桥梁保有量大体相当 的条件下，中国的桥梁 安全问题更为突出
中国桥梁的平均使用寿 命较短，安全问题提前 暴露
保有量 公+铁 ∽62+15 ∽70+30 ∽76+7
年代
11
1 引言—我国应适时开展桥梁长寿命研究
如何通过各种创新的科技方法和养护维修 手段，来提升桥梁安全、延长使用寿命、 缓解今后高密度高强度维修加固给国家财 政、经济发展和社会生活带来的巨大压力？
由此看出，一部分70年代建造的旧桥难以适应当前的交通运输 ，一部分90年代建造的桥梁的质量和管养存在较大的问题源自150国内，172座
100
50
0 1940
1960
1980 事故年份
2000
2020
250
国外，148座
200
150
100
50
0 1900
1920
1940 1960 1980 事故年份
2000
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3 美国公路桥梁更新计划
Renewal目的: 针对公路交通基础设施的系统化修复改造 ，研发相关技术和解决方案，这些技术和方案应实施便 捷，对交通影响最小，并可延长设施的使用寿命
共列有34个项目 与桥梁相关的主要项目：
使用寿命超过100 年的桥梁：创新的系统、子系统和 构件 SHRP 2 R19(A)-Bridges for Service Life beyond 100