美国华盛顿州桥梁快速施工技术研究与实践

为能在地震地区采用预制拼装混凝土下部结构快速施工桥梁,华盛顿州交通运输部采用静力弹塑性分析方法,对排架墩桥梁体系的现浇扩大基础-预制墩柱的承插式连接,以及预制墩柱-预制盖梁的灌浆套筒连接进行试验,并修建了一座示范桥进行验证。结果表明,排架墩桥梁能满足抗震性能和快速施工的需要,减少了施工时交通中断,同时也保证了工程质量和长期使用性能;采用预制混凝土盖梁可以避免使用高架脚手架和支撑,从而节省了时间和成本,提高了工人工作的安全性;预制墩柱-预制盖梁连接通过采用少量的粗钢筋和大直径波纹管在现场更容易进行装配;现浇混凝土扩大基础和预制混凝土墩柱的承插式连接在恒定垂直荷载和周期横向荷载共同作用下有较好的受力性能,同时又可以快速方便地施工。

浅谈桥梁快速施工中的结构放置方法

桥梁快速施工(ABC)是一种新的桥梁施工模式。本文介绍了ABC的概念和优点,并分析了施工中常用且较成熟的技术形式:桥梁结构的放置方法。

NCHRP有关震区快速桥梁施工技术的研究

美国联邦公路局和许多州的交通厅一直在积极推行快速桥梁施工技术ABC,以便将施工对公共交通的影响最小化,并加强施工区域的安全。许多ABC技术已经成功地应用在那些地震较少的地区。联邦公路局在2009年出版的《桥梁预制构件和系统》一书中罗列了不少ABC技术的应用实例。然而,ABC技术的应用在地震较频繁区域却有所限制,因为对于各预制构件的连接要求更高。如果在震区应用ABC技术,可靠的连接设计是保证结构安全的必要条件。许多有关预制构件连接的技术创新和特殊设计为ABC技术在地震地区的广泛应用提供了保障,但是,至今为止,这些设计还没有经受现实生活中地震荷载的检验。另外,美国各州公路工作者协会(ASSHTO)的桥梁抗震设计指南禁止或限制在桥梁墩柱的塑性区使用结构连接。本文主要阐述了已完成的、正在进行的和将来立项的相关ABC技术桥梁抗震的研究。这些研究由国家公路研究部门直接管理,由美国各州公路工作者协会(AASHTO)资助,以帮助桥梁业主、制造商和承包商更好地在地震地区修建预制拼装类桥梁。

欧洲及美国的预制桥梁施工工艺

新建或重建桥梁的最经济有效的方法，其过程不再像过去那么简单。桥梁工程总成本不仅限于水泥、钢材和劳动力方面的花费。施工建设会影响工程项目周围的交通流量，造成公众等待时间更长，增加用户额外成本、抵达工作区的里程，造成商品、服务和商业损失。在施工现场每小时都会增加由于交通相互影响或施工活动而造成工人受伤的风险。因此，找到一种可以缩短现场施工时间的方法有利于承包商、业主和广大市民。预制某些桥梁构件可减少在施工建设现场的时间，降低对道路使用者们和周边社区的影响。例如，复合混凝土钢梁减少了现浇混凝土浇筑上部结构的施工时间。某种情况下，在严格的环境和质量控制下，整个结构已经在场外预制完成，之后预制组件被运到现场并垂直放置几天，与传统方法相比节省了几个月的时间。使用预制桥梁构件（PBE）的总成本很大程度上取决于预制规模。使用预制越多，成本越低。甚至在使用有限的情况下，通常预制法可与传统施工建设技术相类比。但考虑到耐久性和用户成本时，总成本可能比传统方式上的一片片建构更节省。为提升复合材料预制桥梁的竞争力，欧洲在2008年专门成立了名为ELEM RFSR-CT-2008-00039研究发展项目。该项目的总体目标是发展一种新型的既节约成本又省时间的稳定桥梁结构，使预制桥梁更具竞争力。该项目是以“预制桥面构件的复合桥梁”研讨会的形式开展起来的。本次研讨会是2009年3月在瑞典的斯德哥尔摩举行的，通过全球各地机构组织来分享获得的知识与经验。研讨会期间，欧洲和美国的经历经验对快速桥梁建设（ABC）和预应力桥梁构件使用的普及起到了推动作用。

美国桥梁技术近期发展概况

美国是公认的世界上交通运输网最广泛的国家。随着74 674 km国道系统的建成,并伴随着人们对于旅游和货物运输要求的持续增长,交通便利性已经成为了一种权利。全国统计在册的600 000座桥梁的平均桥龄为45年,这就为推进及推广应用桥梁技术的研究提供了巨大的机会,通过这些技术,可使公路基础设施更新中的桥梁更耐久、更经济,可采用更快速的施工技术及修建更可靠、更便于维护的结构。介绍美国桥梁技术近期发展概况。

快速施工桥梁的研究进展

为减少传统桥梁施工存在的弊病,加快桥梁建设速度,降低桥梁后期维护费用,提高桥梁的施工质量和耐久性,首先分析了快速施工桥梁的必要性及其在中国的应用前景,阐述了快速施工桥梁的基本组成及构件划分、预制桥面板的主要型式及发展趋势、钢与混凝土桥面板间的连接方式、快速施工预制装配桥梁主梁的3种主要型式及材料组合、节段拼装式预应力混凝土箱梁的预应力体系及主要施工方法、中小跨径混凝土或钢-混组合梁桥的主要截面型式及连接构造,讨论了预制高性能混凝土桥面板、多梁式钢-混凝土组合梁群钉连接的桥梁用于中小跨径快速施工桥梁的优越性,并对近年来在中国大江及海湾桥梁工程应用的整体预制桥墩的特点进行了论述;同时,重点阐述了快速施工钢-混组合梁桥、预制节段拼装混凝土或钢-混组合箱梁桥、预制拼装预应力束体系、预制节段拼装式桥墩等相关的理论研究与进展,包括群钉抗剪性能、混凝土桥面板间接缝受力特性、组合梁复杂受力行为分析、多梁式荷载横向分布、体外预应力组合梁动力特性、组合梁疲劳耐久性等,指出了当前中国进行快速施工桥梁建造在设计研发、体系机制创新等方面的一些不足,分析制约该领域发展的关键因素,同时对发展中国桥梁工业化、信息化及快速施工技术进行了展望,指出对于梁高受限或桥梁较宽,跨径在25～50 m的数量占比均较多的城市桥梁或公路桥梁,包括北方受季节性影响较大的桥梁,开拓快速施工桥梁与市场潜力巨大,并给出一些值得进一步研究解决的热点问题,以期促进交通行业桥梁基础设施建设技术的进步和创新发展。

公路桥梁装配式桥墩工业化快速建造技术

我国桥梁建造正在由上部主梁装配式设计建造逐步进入包含下部桥墩的全装配式时代,预制装配式桥梁因较现浇桥梁有诸多优势已成为桥梁建设的主要发展方向。以湖北省监利~江陵高速公路东延段项目即江北东高速公路的装配式桥墩为背景,主要开展以下研究:(1)计算对比现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力,基于拟静力实验结果对比分析两者的抗震性能;(2)对现浇桥墩和离心预制管墩原材料用量进行对比分析;(3)对管墩与桩基承台之间采用灌浆金属波纹管连接和承插式连接的施工工艺、施工精度和施工周期要求进行对比,确定取合理的连接方案。结果表明:(1)现浇桥墩和离心预制管墩的轴心受压正截面抗压承载力、斜截面受剪承载力和偏心受压正截面受压承载力相近,且两者在水平往复加载作用下的滞回行为相似;(2)离心预制管墩的混凝土用量较现浇桥墩大幅降低,钢材用量略有增加,预制墩柱推荐选用管墩;(3)公路桥梁装配式桥墩采用离心预制普通钢筋混凝土管墩和新型管墩-桩基承台承插式连接方案,可满足常规化运输和吊装设备安装需求,降低对施工单位技术、管理水平的要求,具有良好的可实施性。研究成果已应用于江北东高速公路预制桥梁项目,可为预制桥梁建设和连接方案选择提供参考,从而促进装配式桥墩的应用和发展。

预制装配式桥墩连接类型及抗震性能研究综述

预制装配式桥墩的抗震性能取决于所采用的连接系统。本文从抗震性能的角度出发,系统地综述了“等同现浇”连接和“非等同现浇”连接的具体构造方式、数值模拟方法及涉及到的抗震问题。其中:在“等同现浇”连接方面,着重介绍了承插式连接、灌浆管道连接和钢筋连接器连接的构造特征、使用位置及其抗震性能试验研究进展“;非等同现浇”连接方面,则侧重阐述桥墩体系从仅设无粘结预应力筋到外置耗能器的演变过程;整理了两类连接的数值模拟研究进展,重点介绍了微观实体单元模型、集中塑性铰模型、集中质量模型、多弹簧模型、接缝纤维化模型这5种“非等同现浇”预制桥墩分析模型的建立方法及应用情况。最后,结合桥梁工程领域出现的新理念、新材料和新技术,展望了预制装配式桥墩的未来发展趋势。

不同剪力连接度下装配式钢-混组合箱梁受力性能试验研究

采用预制桥面板和集簇式栓钉连接的装配式钢-混组合梁桥,可减少现浇工序,加快施工速度。文中为研究剪力槽孔间距及剪力钉数量对组合梁共同工作程度的影响,制作4片采用不同簇钉群连接参数的钢-混组合箱梁,进行抗弯弹塑性全过程加载试验,研究剪力连接度对组合梁结构受力性能的影响。结果表明,当组合梁剪力连接度由1降低到0.65时,组合梁受弯承载力减少17%;当组合梁剪力连接度大于1时,受弯承载力基本未增加,而结构延性有所下降。在界面滑移方面,随剪力连接度增大,界面滑移量则明显减少。在破坏模式方面,剪力连接度越大,预制混凝土板的纵向劈裂及局部压溃,可能成为破坏控制条件;反之,栓钉剪断及钢梁破坏易成为结构失效控制条件。