装配式混凝土桥梁的设计要点研究

2023-11-01李凯

科技资讯 2023年19期

李凯

(华设设计集团股份有限公司江苏南京 210000)

近年来，我国的装配式技术在不断地发展和变化，越来越多的建筑企业也日益重视装配式桥梁项目的建设与发展。这些企业利用科学手段对桥梁设计技术进行了严格把控，并对桥梁设计与建造方面进行了专业测定，从而使桥梁的使用期限符合规范标准。通过这些因素可以看出研究装配式桥梁的设计要点的必要性，建筑企业要对装配式桥梁设计的要点加强把控，并加强对相关技术的研究和创新，这样才能帮助我国桥梁建设事业持续发展。同时，可以进一步发展地区经济，激发地区经济的发展潜能，从而提高人民的生活质量和水平。

1 装配式混凝土桥梁的特点分析

1.1 有效节约资源

传统桥梁建筑施工建设不仅需要很多人力资源，而且还需要专业的机械设备、大量的原材料，才能够将一座桥梁建好。而装配式桥梁采用的是统一化的工厂生产工艺，在单一模块的用料比例上显得更加统一和规范，而且通过批量的生产还可以使桥梁的上部、下部构件的生产都能够按照市场标准来严格进行。这种生产模式可以有效减少现场生产过程中大量使用钢筋和混凝土造成的浪费。在施工的现场，混凝土建筑需要消耗很多的木方、模板等材料，现在，装配式混凝土桥梁技术的使用与装配式桥梁的构建，大大减少了之前的材料浪费，并且提高了机械化率，从而降低人力成本的投入。

1.2 桥梁建设更加高效

装配式混凝土桥梁又称为预制装配式混凝土桥梁，预制装配式混凝土桥梁的重点就是预制和装配，预制就是指在桥梁通过审核和批准的一系列操作后，就可以进入预先的批量生产中。在装配式混凝土桥梁的建设过程中，桥梁各个模块的生产与地面的准备工作都会同步进行，就可以大大减少施工时间。与传统的先选建设地址后建造的施工流程大不相同，装配式的桥梁结构安装起来更加简便，与现场的起吊安装设备进行了配合后，可以实现桥梁上部结构快速安装，且在安装完成之后就可以投入使用当中，从而提高了桥梁建设的效率。

1.3 有效减少对环境的影响

传统的铁路桥或者是公路桥等大规模的建设，会严重破坏周围的生态环境，而这些传统的混凝土浇筑现场工艺都会用到很多大型的运输搅拌设备，这些设备还会破坏地表植被，所以近年来都不太被提倡。而装配式混凝土桥梁的装配工艺不仅对环境的影响较小，而且也不会破坏地表植被，对周围空气的影响也较小。单纯的安装焊接工作比以往复杂的流程更加清洁和环保，从一定程度上降低了水资源的使用率，推动了我国建筑事业朝着现代化方向发展[1]。

1.4 保障桥梁质量

在传统桥梁的建设过程当中，很多因素都会影响桥梁的建设质量，如空气湿度、天气温度等，这些自然环境因素都会在一定程度上影响混凝土的硬化情况。除了这些因素以外，人为因素也会增加桥梁的建设风险，这些风险因素会严重危害到整体的桥梁建设施工质量，还会带来严重的安全隐患。不同施工单位的能力与施工标准都大不相同，所以桥梁的综合质量也很难得到有效保证。而装配式桥梁结构采用的是集约化的生产模式，通过严格把控提高单个桥梁的建设质量，从一定程度上减少了各种自然因素与人为因素给施工带来的不良影响。

1.5 现场施工程序更简便

装配式混凝土桥梁结构采用的是整体运输和整体吊装等施工工艺，并且采用了人工焊接的方式。施工的流程不仅简单而且高效，有效避免了传统桥梁建设工程现场杂乱的局面。用更加简洁的工作方式以及内容达到更高效的施工结果，而且装配式混凝土结构的使用也为城建单位的现场管理提供了方便，提升了桥梁建设项目的整体水平。

2 装配式混凝土桥梁施工前准备

2.1 构建墩柱、盖梁BIM模型

首先要结合施工的要求，对施工过程进行科学合理的分析，通过使用Revit软件，按照1∶1的比例要求进行建模。建模时需要搭建合适的模型来表现出预力筋与钢筋骨架等构件的位置信息，从而整合出方便建筑施工人员观看的建筑模型，这样可以有效避免钢筋整体抗震效果不符合标准且影响桥梁的整体质量，并且在准备施工前还可以通过碰撞检测来辨别桥梁的各个构件是否符合标准。

2.2 钢筋加工

在施工前用钢筋绑扎作业在钢筋加工厂实施，实施过程中一定要按照施工的标准和规范来进行，从而确保主筋位置的偏差不会超过预期的范围。当实际的施工开始，施工工作人员还要对主机的垂直度在捆扎作业进行时采取同步测量，禁止垂直度偏差超过0.5%，要将施工的偏差控制在5 mm内。

3 装配式混凝土桥梁上部结构设计施工

3.1 装配式混凝土桥梁上部结构设计

3.1.1 装配式桥梁的护栏和桥面铺装宜在体系完成后施工

一定要在体系完成后再进行施工铺装，这是因为结构体系已经完成了变形，而后浇筑的铺装不会因结构体系转换带来的变形而出现不规则的裂缝。如果先浇筑铺装，铺装层会有一部分参与主梁的工作，然后再开始体系转换，这样对主梁是不利的[2]。

3.1.2 桥梁横隔板

箱型截面预制箱梁是梁式桥中较为普遍的一种形式。在箱式梁设计过程中，为了确保箱梁的横向刚度满足施工要求，在箱梁的腹板中通常要设置横向连接，设计一般在中点、支点处或者在梁端处。

3.1.3 横向预应力设计

在桥梁不同材料的连接处，运行时间久了就容易产生裂缝，由于裂缝承受了桥梁的传递剪力，当剪切力作用在裂缝上时，一侧裂缝就会对另一侧产生滑移的力，若接触面不光滑、不平整，接触面的长时间摩擦会使接触面进一步分离，对桥梁中的钢筋产生拉力作用，若达到极限状态就是钢筋应力达到了屈服程度，这就是摩擦抗剪，又称为横向预应力。预应力能够对横向联结性能到达增强的效果，但不能就此认为横向预应力的设置越多，越能实现更强的横向联结性能。在装配式板桥中，如果要实现板间即使在铰缝和铺装层纵向开裂的情况下也能传递剪力，可以配置足够数量横向预应力，以此来保证桥梁的横向联结性能。设计横向预应力的主要目的是设计多重防线来减少铰缝和铺装层的纵向开裂隐患，而且横向预应力对桥面也能起到抑制作用，以此实现桥梁安全性的保障作用[3]。

3.2 装配式混凝土桥梁上部结构施工

3.2.1 装配式板梁

装配式板梁是中小型桥梁施工建设中的主要结构，它在施工建设中的应用也非常广泛。但是我国目前使用的空心板梁总体的质量有待提升，在使用过程当中，板梁很容易在压力下发生整体的坍塌。因为空心板梁的整体承受能力有限，一旦压力超过桥体的承受限度，板梁处就会发生断裂，对整个工程造成很大的影响。所以，空心板梁不能承受超载与大负荷的车辆，通常都是将I型钢管放置在混凝土中，以保证整体建筑行程钢骨结构。将单元化的预制板梁作为建设的基础单位，来帮助每个板梁之间衔接。

3.2.2 装配式T型梁

装配式T 型梁采用的是复合型结构，由于其独特的结构，其内部形成了一种剪力，这种力可以帮助桥梁受力保持平衡和稳定，在一定程度上提高了桥梁的承重能力。要想建设好装配式T 型梁，首先就要制作或者是整体预制桥梁的台座，台座不仅要承受附加的应力，而且还能够承受梁体的重量。其中，底模需要考虑不同跨度梁需求，在台座间预留一定的活动空间，通常是3～4 m，这个活动空间是用来移梁的，同时还要制作钢筋与骨架成型，然后再进行安装。在安装钢筋之前，还需要对模板的尺寸与位置进行准确的定位，最后进行混凝土的浇筑。在浇筑时，一定要避免浇筑上层混凝土时，下层混凝土被破坏，可以通过提高浇筑的速度来达到这一目的，建筑施工人员一般都会在上一层混凝土初凝前浇筑[4]。

3.2.3 装配式组合箱梁

装配式组合箱梁采用的也是复合型的结构，也就是两侧与底部采用钢结构来建设，但是路面采用混凝土的结构。当墙面还没有完全进行整体结合时，U 型梁承受着整个桥梁的主体重力，同时还承载着自身重力。随着时间的推移，当桥面和U型梁完全闭合，从而形成整体的受力框架时，整个结构就可以以组合箱梁的形式来参与到受力当中。而且在现场的施工过程当中，预制的U型结构不仅可以方便运输，还可以为装吊的各个环节提供便利。但是一定要注意内外的受压情况，防止压力造成梁体的偏移，从而影响后期的安装。

4 装配式混凝土桥梁下部结构设计施工

4.1 桥墩及其连接

装配式混凝土桥梁的桥墩采用的是一体化的装配式建筑构件，该构件的整体结构强度大，而且稳定性也很高，支撑能力很好。其设计要点在于将钢筋准确地插入预留的空隙以后，再以桥梁作为定位的基准，使用钢筋来加固上下结构的连接。然后在上部的桥体当中插入柱状的结构完成对接的工作，再使用混凝土对上下部位进行衔接。

4.2 承台与桩基之间连接

承台与桩基之间的连接方式很独特，大多类似于炮筒的连接方式，也就是在桩基的底部预留足够长度的钢筋，通过钢筋的结构式承台来与桩基之间形成人为的整体，从而提高承台和桩基之间的整体承重结构强度。施工人员会根据整体的受力情况来设置好钢筋的使用情况，从而避免在重力的影响下承台和桩基之间发生压缩、结构不稳定的状况。

5 装配式混凝土桥梁抗震设计

5.1 明确传力路径因素

设计人员首先要明确好传递的途径和因素，在预制构件设计时有所注意。在具体的设计过程当中，要站在整体的角度上看待问题，对桥梁的抗震能力进行传递途径的完整化设计，可以有效地预防桥梁的坍塌或凹陷等一系列问题。

5.2 明确拼装桥墩合理设计的重要性

设计人员在做桥梁的抗震设计时，要对拼装桥梁合理设计的重要性进行明确，参考相关规范，对桥梁的抗震能力进行科学、合理的设计。通过一系列的分析与计算来确保桥梁的抗震系数符合抗震要求。

5.3 进行预制构件连接位置的设计

设计人员要将地震的荷载下塑性铰区域作为基准进行预制构件连接位置的设计，对设计的过程进行重视，来保证设计的合理性。但是对于与塑性铰区域相隔较远的位置，就要按照弹性响应作为基准来进行连接位置的设计。

5.4 配合规范标准

为了有效防止桥梁出现地上和地下结构出现严重损坏等问题，设计施工人员还可以将桥梁的墩柱、翼墙、墩壁等位置作为非弹性响应部。然后根据相关的标准与规范对桥梁的变形能力进行验算，保证桥梁的设计符合规范的标准。

6 装配式混凝土桥梁构造设计

装配式混凝土桥梁的构造设计也是非常重要的，首先，构件接缝位置的设计要以墩柱和桥梁的连接处等位置作为基准来进行合理设计。其次，要重视桥梁的耐用性。设计人员一定要加强对连接处的审查，从而保证桥梁的质量符合标准。还可以使用薄聚合物等形式来对桥面的板接缝位置进行细致的处理，并使用混凝土来对接头进行保护。桥梁连接处的设计一定要参考混凝土初期的抗压强度，对于结构施工的过程进行优化，最后，要禁止以直筋搭接规定来约束带弯钩钢筋的连接[5-6]。

7 装配式混凝土桥梁施工技术要点

7.1 专业化构件设计

当装配式混凝土桥梁进入整体的生产过程时，工作人员一定要对桥梁的施工设计图纸进行严格的分析，结合实际工地的情况与环境等因素来进行施工。要结合具体的操作现场来综合考虑每一个部分结构的受力状况，因为在桥梁的建设过程中，模块化的建筑和传统的混凝土建筑有很多不同的地方，所以一定要对构件进行专业化设计。生产的厂家要合理调整建筑钢筋的直径与分布，受力与应力两个方面来综合考虑构件的综合受力情况。

7.2 规范桥梁构件制作流程

在桥梁的构建过程当中，规范桥梁构件的制作流程也十分重要。规范化地设计模具，并对模具的质量等指标进行严格审查，可最大程度地减少模具之间的偏差，这是最基本的要求。而且在正式进行量化生产之前，还要进行试产，对桥梁进行质量的检测与承重检测，保证每一个构件都符合制作的标准。最关键的是，一定要使用正确来源的原材料，确保生产原材料的质量是可靠的。

7.3 科学管理与运输

桥梁的构建原材料应该小心存放，进行科学管理与安全运输，要防止桥梁的构件受潮或者是淋雨，而且将模具放在平整的地面上，保证受力在合理的范围内，并且做好防撞和防滑等工作。可以采用定型保护垫来加强保护，在运输的过程当中要做到轻拿轻放，防止边角在运输过程当中有所磨损。

8 装配式桥梁施工主要技术

8.1 承插式连接

承插式连接是装配式桥梁施工过程当中运用的主要技术，当运用这一连接方式时，要严格控制插入孔洞的长度。施工人员要做好桥梁底部的铺设工作，这样可以保证桥梁施工的整体质量得到提升。承插式连接方式的流程也比较简单，而且施工周期也很短，施工人员一定要做好桥梁的力学分析，对于接缝处的处理加以重视，同时加强对桥梁抗震能力的分析。