浅谈节段预制拼装桥梁的技术

　　摘要：预应力混凝土桥梁的分段施工技术已成为当今世界桥梁工程的主要发展趋势，本文以南京某大桥为例介绍了节段预制拼装桥梁的技术，希望业内预制拼装式桥梁的设计构思及工程施工应用可以从中得到启发。
　　关键词：节段预制，桥梁拼装，设计
　　
　　前言
　　与国外相比，我国的节段预制拼装桥梁技术的起步相对较晚，自2000年以来发展速度日益加快。1990年建成的福建洪塘大桥是国内最早采用节段预制逐孔拼装施工的桥梁，结构形式为多跨连续。2000年以后我国在一些大桥的引桥部分和轨道交通建设中，均大规模地采用了节段预制拼装技术。
　　1. 工程概况
　　南京长江四桥是南京城市外围主干线和国家公路网的重要组成部分，是南京市“十一五”规划建设的重点项目之一，预计2013年建成通车。该项目对于完善国道主干线和南京市高速公路网，促进城乡统筹发展和加快推进跨江发展战略，具有十分重要的意义。南京长江四桥长约5．448公里。南京长江四桥不仅主桥采用了引人注目的大跨度三跨悬索桥方案，南北引桥也采用了技术含量高的体内体外混合配束与预制节段拼装施工．
　　2．节段预制拼装桥梁的技术特点
　　2.1造价
　　造价方面普遍认为节段预制拼装桥梁造价要高与移动模架或者悬臂浇筑，但是在具有一定规模的情况下，节段预制拼装的价格优势会进一步凸显。
　　2.2耐久性
　　国内对体内和体外预应力耐久性方面的认识存在差异，在灌浆密实的情况下，体内预应力的耐久性是可以得到保证的，但是完全密实的灌浆在施工技术和管理上均存在一定难度。体外预应力无制孔压浆等工序，状态易于检查，可以补张拉或更换，这对于桥梁耐久性的保证是有利的。
　　2.3合理性
　　1)节段的养护时间长，加载龄期晚，成桥后梁体的徐变变形以及预应力的长期损失都较现浇梁要小；
　　2)梁体分段在固定台座预制，施工质量易得到保证；
　　3)下部结构施工与上部梁段预制可同步进行，且拼装成桥速度快；
　　4)相对整孔预制，节段重量较轻，尺寸较小，运输方便；
　　5)对环境影响小，适宜桥下有特殊要求的桥梁施工；
　　6)腹板内钢束量减少，腹板厚度可减小。
　　7)一部分钢束布置在截面之外，方便了梁体混凝土的浇筑与振捣，易保证施工质量；
　　3.节段预制拼装桥梁中的关键问题
　　节段预制拼装体外预应力混凝土桥梁的关键问题与研究点，主要集中在节段预制拼装桥梁整体行和与结构局部的受力分析与构造两个方面，如图1
　　
　　图1.节段预制拼装桥梁中的关键问题
　　3.1桥梁的受力行为
　　3.1.1外预应力体系受力性能
　　由于体外预应力筋与梁体混凝土之间可以相对滑动，预应力筋的应力增量不能由单个截面的应变协调来确定，而与整个桥梁结构的总体变形有关，体外预应力的应力增量是体外预应力体系受力性能的关键问题。
　　3.1.2节段预制拼装桥梁的抗弯、抗剪性能
　　节段预制拼装桥梁的抗弯、抗剪性能受体内外预应力的配置比例、配筋率、接缝的类型和位置等因素的影响，与整体式桥梁相比存在较大的差异。
　　3.2结构局部受力分析与构造
　　3.2.1体外预应力转向块与锚固块的受力与构造
　　体外预应力体系的转向块、锚固块等局部区域在受力和构造上都十分复杂，在使用过程中局部应力过大易出现结构性裂缝。拉压杆模型作为分析受力复杂区域的有力工具，已逐渐被欧美各国规范采用，其设计思想是分析出结构内部的“力流”，将同一方向上主要承受压应力的混凝土区域用压杆模拟，同一方向上主要承受拉应力的区域用拉杆模拟，主要的拉压杆交汇区域用结点模拟，从而建立一个替代原结构的拉压杆模型，以指导构造及配筋设计。
　　3.2.2接缝的受力性能
　　节段预制拼装桥梁与常规预应力桥梁相比在构造上一个显著的差异就是因为节段之间接缝。节段之间的接缝起着传递界面上的剪力和压力的作用，是该类桥梁的受力薄弱环节，其抗剪性能对桥梁的整体受力性能影响很大。对于键齿接缝的受力机理的研究一直是节段预制拼装桥梁研究的重点和难点。
　　4.节段预制拼装桥梁抗剪性能探究
　　接缝形式和预应力对抗剪性能的影响，与常规预应力桥梁相比，节段预制拼装桥梁在构造上有两个显著的特点：一是节段预制梁体存在纵向拼接缝；二是节段预制拼装桥梁通常配置了体外预应力。这两个特点均对结构抗剪性能产生影响。
　　节段的长度主要取决于运输与吊装重量的限制条件，一般节段的长度在2～4m之间。预制完成的节段通过架桥机拼装。节段之间可直接拼接形成干接缝，或者节段之间涂抹环氧树脂形成胶接缝。南京长江四桥引桥4×50m连续刚构一孔桥跨内就存在19个胶接缝面。接缝的存在导致梁体纵向钢筋不连续，环氧树脂胶的性能也与混凝土存在较大差异，这些构造特点都会对节段预制拼装桥梁抗
　　剪性能带来很大影响。
　　5.节段预制拼装技术的应用施工
　　5.1预应力索
　　由于有以下优点体内和体外预应力索在预制节段桥梁中的使用呈上升趋势
　　①腹板和模板不需留预应力孔道使扎钢筋和混凝土浇筑更为容易进行采用体外索可减少腹板的厚度减少梁体的重量及下部结构自重
　　②体外预应力索不需要预留孔道避免了施工中预留孔道堵塞的问题
　　③体外索比体内索摩阻损耗少预应力效率更高
　　④体外索可在厂房制作施工过程中更容易检查，长期养护方便质量能保证
　　5.2预制节段施工法
　　5.2.1逐段浇筑的节段几何尺寸控制
　　预制拼装分段施工可免除使用临时支架，使用临时支架不仅投资费用高，而且在通航河道、通车的公路及铁路之上不允许架设临时支架或受到严格限制。对于逐段浇筑、结合的结构，其节段几何尺寸的精确性是首先考虑的重要因素。在预制场必须严格控制结构的线型，才可能满足最终成桥时的线型。
　　5.2.2节段长度
　　预制节段的长度主要由运输及拼装吊具能力而决定，如预制场地离安装地点远须经过公共运输系统，避免超宽而影响交通，若预制场地设在工地才用水路运输，则预制节段的长度可以有所增加。
　　5.2.3预制节段接缝
　　节段间的接缝分干接缝和湿接缝，在不会出现冰冻稳定或使用了体外索，时可采用干接缝，干接缝比湿接缝安装要快，预制节段采用干接缝不能实现完全水密封性，会影响后继预应力压浆的质量，降低了预应力索的防腐效果，因此，在雨水区及沿海区域一般都采用湿接缝，它不仅适于体内索，也适于体外索接缝能弥补节段接合面的细小缺陷，密封性好，能有效防止水汽入侵。
　　5.3安装定位及挠度控制
　　节段的拼装常做成企口缝。腹板企口缝用于调整高程，顶板企口缝可控制节段的水平位置．使拼装迅速就位，并能提高结构的抗剪能力。有的在预制节段的底板处设预埋件，用以固定拼装时的临时筋；也有的在腹板拼装面设连续的凹凸榫，顶板上仅留有2个水平半围形和2个垂直梯形槽口的接榫供安装定位用。安装就位时，宜在拼装面涂环氧树脂，使拼装面粘接较好。挠度控制往往是设计和施工的关键问题，所设的预拱度必须根据施工情况及徐变情况作精确分析和计算，并及时调整，一般可通过张拉力筋或张托力筋调整，必要时可用千斤顶调整，接触面的接缝间可嵌入较软金属(如铜)。城市桥梁由于搭移支架方便，也叮在局部布置临时支架进行调整。挠度控制不好，不仅影响线形，而且合龙难度较大，必须精心设计和施工。
　　5.4合龙段的设计和施工
　　悬臂拼装的节段桥梁常在跨中留有1.5—2.0m的合龙段，在主梁标高调整后将梁连成整体。一般采用现浇或节段拼装合龙，现浇比拼装施工工期长。下序复杂，但便于调整，而拼装对节段预制和拼装的精度要求较高。采用悬臂拼装的PC连续梁，在技术上可行、经济上合理，机械化程度应用高，有利于工厂化生产，可满足业主对工期和质量的要求及日新月异的城市发展需要，具有较大的优越性，而且在同等造价条件下可以增大跨度，节省下部工程量。悬臂拼装法也适用于曲线梁。
　　结语：节段桥粱施工技术具有对环境交通影响小、对施工的地理位置要求低、施工工期短等优点，可基本实现无支架化施工，不影响现有交通，所以具有巨大的发展潜力。本文结合南京四桥的实例浅谈了关于节段预制拼装桥梁技术，希望能给为读者提供一些参考和建议。
　　参考文献：
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