装配式桥梁设计及施工要点剖析

发表时间:2020/6/16   来源:《城镇建设》2020年3月第7期   作者:陈卓
[导读] 在中小跨径桥梁中使用最为普及的是装配式梁桥,在装配式梁桥的上部结构中最为常见的是空心板、T梁桥和箱梁[1]。
        摘 要 在中小跨径桥梁中使用最为普及的是装配式梁桥,在装配式梁桥的上部结构中最为常见的是空心板、T梁桥和箱梁[1]。这三种上部结构在设计和预制时,根据其截面配筋形式又可分为预应力混凝土截面和普通钢筋混凝土截面。此文章主要分析了装配式桥梁的设计、结构预制工艺及特点,装配式桥梁相对于传统桥梁建筑具有质量较为可靠、建造速度较快、安全系数较高、性价比较好的特点,本文将以桥梁工程的发展为出发点,经过分析我国桥梁建筑的现状,提出我国桥梁工程的建设难点,从而提出相与之对应的整改措施。
关键词:装配式桥梁;桥梁建筑;设计施工特点
一基本概念
1.1 装配式桥梁的概念
        装配式桥指的是上部结构由预制构件组合和装配式桥墩成整体的桥梁[2]。简单来说就是提前在预制厂或施工现场制作搭设桥梁的预制件,包括上部结构和下部结构,在施工现场将各预制件进行装配组合而形成完整桥梁的施工工艺。相对于其他施工工艺,装配式桥梁具有建造速度较快、受外界因素干扰较少、质量安全可靠、安全系数高等特点[3]。
1.2 装配式桥梁的形式和特点
        装配式桥梁的形式有主梁采用装配式结构和桥墩采用装配式结构。装配式桥梁的特点有:
        一、建造周期短。相对现场浇筑混凝土的施工工艺,装配式桥梁的最大优点是其建造周期短,并且对施工场地影响小,对交通影响较小。装配式桥梁的各个组成部分可以同时预制,包括桥墩、梁板以及桥台可以同步预制,节省大量时间。
        二、质量可靠。预制件在制造过程中采用标注化的制造流程,钢筋的预应力张拉、混凝土的配合比都能得到保障,并且预制件混凝土大都采用高性能混凝土——C60的高性能自密式混凝土和M100的湿接缝高性能砂浆,因此装配件的质量是可靠的。
        三、安全风险小。装配式桥梁安装时大多采用吊装的形式进行,减少了搭建支架高空作业的风险。与此同时,桥梁运行的安全与桥梁结构质量密切相关,装配式桥梁的对构建质量与连接材料多次模拟和验证,进一步保障了桥梁运行安全。
        四、性价比较高。根据目前市场桥梁造价,对于数量少、规模小的桥梁,可能装配式桥梁的造价较高,但是对于规模化生产的大型桥梁,预制件的标准统一,可以应用更多的机械化生产,降低成本,节约费用[4]。
1.3 我国装配式桥梁的应用情况
        近几年以来,我国的桥梁建设与发展方面取得了重大的进展和突破,尤其是装配式桥梁建筑在我国当下的应用发展,历经了从无到有,再到后来精通的技术成就。经过几年的迅猛发展,我国成功有效的改进和研究了装配式桥梁。且成功的将其应用在了各类桥梁中,比如:应急桥梁、连式桥梁、支撑架以及栈桥等方面。
        其一临时钢桥桥梁:这是一种临时性桥梁,在我国各地都非常普遍,处处可见,其目的主要是为了解决一些各种各样的机械性材料进入工地方便些,以及为了应对一些突发性事件而不得不架设的临时性的桥梁。
        其二应急桥梁:曾在2008年的四川汶川大地震震后,为了尽快进行恢复性建设,我国的交通运输部门在当时就为了志愿者和政府、社会等各方的应急物资能够及时运达汶川灾区,为其提供了许多应急性钢桥,用来保障道路的顺利通畅。
        其三城市交通疏解方案:在我国的城市交通中,一是为了建设具有延续性,也是为了避免交通施工的中断造成不必要的影响,则就要建设公路钢桥。

二装配式上部结构桥梁的设计要点
2.1 装配式上部结构桥梁的分类和受力特征
        第一 装配式钢筋砼简支T梁
        梁肋与翼板在装配式桥梁中起着共同作用,是作为共同结构进行承重的,可以在肋与肋之间挖开较大挖孔来减少自重,提高承重能力。
        第二 预应力砼简支T梁
        预应力砼简支T梁为了增加核心距,通常情况下可以通过在结构上采用薄肋板、大翼缘等形式。可以采用配合梁内正弯矩的分布。


        第三 连续体系桥梁
        梁式桥的种类非常的多,也是现代公路桥梁当中最具代表性的种类,它的跨度也可以做到非常大,可以从20米到300米不等,公路桥梁当中最常用的就是预应力装配式桥梁了。预应力装配式桥梁桥面具有较少的桥面接缝、桥面具有很大的刚度和较好的整体性,后期的养护也不像传统桥梁那么麻烦,最重要的一点,更加科学的计算和设计,让它的结构更加具有说服力。
2.2 装配式上部结构桥梁设计的要点
2.2.1装配式桥梁多采用T型断面和箱型断面
        装配式桥梁大部分采用箱型断面与T型断面的原因主要分为两个方面:
        一、混凝土预应力T型梁结构较为简单,与矩形梁相比,抗弯能力相同,并且节约大量原材料,减少了结构自身的重量,再不影响桥梁结构承重的情况下,大大节省成本,因此,多采用T型梁。箱型截面梁的优点是抗扭性能与较大的刚度,并且制作简便,结构简单,节省材料。由于其优良的力学结构、较小的成本与良好的桥下视觉效果,箱式梁多应用于高等级立交桥与城市桥梁中。
        二、T型梁与箱式截面梁可以在施工现场直接拼装,节省大量施工时间和施工场地,对城市的交通影响较小,并且其结构维护较为简单,总体来讲能大大节约成本与工期,因此,城市桥梁多采用T型梁与箱式截面梁。
2.2.2装配式桥梁的纵向体系多为连续梁
        当采用连续-刚构体系时,对桥墩的刚度是有要求的,同时它也会影响主梁的内力,因此大多数情况下,为了更好的利用标准的装配式梁的图纸,从各方面讲,均趋势向于连续梁的桥型,这就是装配式桥梁从纵向体系上一般都采用连续梁的主要原因。
2.2.3装配式桥梁的正弯矩一般采用全预应力,负弯矩采用部分预应力
        先简支后连续的连续梁桥在施工阶段和成桥阶段,横载作用下的正弯矩比一次落架的大,而负弯矩均比第一次落架小,且正弯矩的绝对值大于负弯矩。因此,装配式桥梁正负弯矩区域的构架设计,应根据结构结构的受力特点、使用要求及构造特点,选用适宜的预应力度,不宜盲目加大,更不能随意减小。
2.2.4 桥面连续与结构连续的区别
        桥面连续:又被称为连续桥梁,对于多个桥梁组成的桥面,在桥梁连接处会有连接缝,还有一些缝为伸缩缝或者沉降缝,对于桥梁缝隙,施工会采取措施使桥面平整,有利于车辆的行使,并且还能发挥缝隙所具有的功能。
        结构连续:在地形和河床形式、通车净空以及桥址的影响,需要在大桥修建时修建一两个较大跨度的桥跨,因此多采用多孔小边跨和大跨进行配合,并由中间向两边空洞逐渐变小。
2.2.5钢-混组合梁桥节段连接为什么多采用摩擦型高强度螺栓
        从安全方面考虑,钢-混组合梁桥节段的连接对承载力和抗剪切变形等具有很高的要求,而摩擦型高强度螺栓连接的剪切拥有变形小,弹性工作性能好、施工简单,耐疲劳等特点,因此比较适合应用于承受动力荷载的结构。相比摩擦型高强度螺栓连接,承压型高强度螺栓连接虽然承载能力较高,但其剪切变形形变较大,适用的机构仅限于承受静力荷载或间接承受动力荷载。
       
结语
        我国是产钢大国,但距成为钢应用方面的强国还有一段距离。在桥梁工程中钢结构的应用比例较低,发达国家的比重已达到50%~60%,与之相比我国存在较大差距。相对于我国,桥梁钢结构还有很大的发展空间。随着我国政府对钢结构的重视,和对刚结构应用的鼓励与支持,桥梁钢结构的应用拥有极为广阔的发展前景。
       
参考文献
[1]刘志杭,康荣玲.装配式桥梁的设计与施工要点[J].交通世界(中旬刊), 2017(8).
[2]姜正良. 装配式桥梁方案设计及有限元分析[D]. 武汉理工大学, 2019.
[3]何燕, 季海萍, 尹亮. 装配式桥梁梁板安装及施工技术分析[J]. 山东交通科技, 2018, No.165(02):12-13.
[4]唐晓星. 装配式桥梁预制空心桥墩结构设计方案与施工要点探讨[J]. 建筑技术开发, 2018(15):109-110.
       
       
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