李純

（佛山市廣佛肇高速公路有限公司，廣東佛山528000）

0 引言

預制裝配式橋梁由于具有施工快速以及質量可控的優(yōu)點，在橋梁建設領域逐漸得到廣泛應用。相對于現(xiàn)澆類橋梁，預制裝配式橋梁對施工環(huán)境帶來的影響性較小。但是，由于運輸條件和施工裝配技術的局限性，預制裝配技術目前一般主要應用于較小跨徑橋梁的主體以及大跨徑橋梁的局部構造[1]。其局限性主要來源兩個方面：一是施工現(xiàn)場的地勢環(huán)境所帶來的預制裝配場地條件，對工程機械以及現(xiàn)場人員調動具有極大的挑戰(zhàn)性；二是已有的運輸條件無法滿足預制構件的運輸要求或者說運輸存在安全隱患。

為了弱化預制裝配式橋梁的局限性，工程領域在機械、材料、結構等方面，不斷提高預制裝配式橋梁的適用性。特別是近些年來對于新材料和新結構的不斷發(fā)展、創(chuàng)新和優(yōu)化，也刺激了預制裝配式橋梁的突破。超高性能混凝土（UHPC）作為一種高強度且在橋梁領域逐漸廣泛應用的混凝土材料，在基因上自帶適合預制的特性，因此UHPC 預制裝配式橋梁逐漸成為一種可行性方案，得到了廣泛的關注。與此同時，伴隨著多種高性能的土木工程材料的發(fā)展，為了充分地發(fā)揮材料的優(yōu)勢力學性能，組合結構開始在橋梁結構的主體和局部結構中廣泛應用[2]。組合結構由于本身結構復雜，所以預制裝配施工方式成了該類結構的主要施工方式。

將新材料和新結構應用于預制裝配式橋梁，將會在傳統(tǒng)預制裝配式橋梁的基礎上，出現(xiàn)新的突破和改觀。在特性上，適于預制的新材料和新結構，將會給未來預制裝配式橋梁的設計和施工帶來明顯的變化。在一定程度上，新材料和新結構會引領預制裝配式橋梁的發(fā)展新浪潮。

1 預制裝配式橋梁的發(fā)展

1.1 預制裝配式橋梁的優(yōu)勢

隨著快速化建設和施工質量可控的雙重目的的提出，以及響應國家節(jié)能減排和保持環(huán)境的倡導，預制裝配式橋梁被視為一種具有應用前景的橋梁類型。相比于施工現(xiàn)場現(xiàn)澆類橋梁，預制裝配式橋梁在某些方面具有明顯的優(yōu)勢：

1.1.1 工廠化制備保證了預制構件的質量可控。由于工廠在室內生產，預制構件的質量不會因為天氣的原因，而出現(xiàn)混凝土強度下滑或強度參差不齊等現(xiàn)象。

1.1.2 預制構件的施工現(xiàn)場裝配對周圍自然環(huán)境和居民生活的影響程度大幅度降低，因此預制裝配式橋梁十分適用于市政類橋梁建設。

1.1.4 預制裝配式橋梁節(jié)約了經濟成本。根據橋梁的全壽命周期成本計量，不同于現(xiàn)澆類橋梁在耐久性、養(yǎng)護加固方面的費用占比較高，預制裝配式橋梁后期的運營成本較低。

1.2 預制裝配式橋梁的設計與施工

預制裝配式橋梁常適用于簡支梁橋和連續(xù)剛構橋。若考慮材料的種類，預制裝配式橋梁可分為混凝土梁預制構件和鋼混組合梁預制構件。對于混凝土梁預制構件，常采用的接縫類型主要有干接縫、膠接縫，通過體外預應力張拉的方法將各梁段連接成整體。對于鋼混組合梁預制構件，預制梁體之間一般留出部分鋼筋，經過綁扎澆筑形成濕接縫。

預制裝配式橋梁的施工方式主要有以下三種：

1.2.1 逐跨拼裝施工

逐跨拼裝是通過將各預制梁段吊裝，并串聯(lián)裝配成整體后，張拉預應力鋼束的施工技術。逐跨拼裝技術通常是采用專用的架橋機拼裝施工的，因此架橋機的最大承載能力決定了整跨梁體的最大跨徑，一般而言預制裝配式橋梁的單跨跨徑不超過60m。同時，運輸機械的最大運載質量限制了單個預制構件的最大質量，一般而言不超過70t。逐跨拼裝適用于梁體高度保持一致的簡支梁橋和連續(xù)梁橋。

1.2.2 對稱懸臂施工

與現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁橋和現(xiàn)澆變截面連續(xù)剛構橋一樣，預制裝配式橋梁的對稱懸臂施工就是沿著橋墩分節(jié)段吊裝箱梁，節(jié)段拼裝后，張拉預應力鋼束的施工方法。對稱懸臂施工的梁體構件約束和跨級限制同樣來源于架橋機械和運輸機械的極限能力。

1.2.3 梁段濕接施工

逐跨拼裝施工和對稱懸臂施工的單個預制構件梁體是完整截面，梁段橫縱向濕接施工是由眾多橫縱向的小型T 梁或小箱梁組成，且連接部分伸出鋼筋，用以現(xiàn)場澆筑橫向濕接縫和縱向濕接縫。梁段濕接施工明顯的優(yōu)點是減小了單個預制構件的質量，便于運輸和吊裝。缺點是仍需要現(xiàn)場澆筑部分混凝土。

雖然在教學方面各個學校已經意識到每個學科應該有側重的能力提升，高中物理中比較重視的能力便是解題能力的培養(yǎng)，但是由于新課改倡導的時間有限以及各方面條件的限制，使得目前解題能力在高中物理教學中還存在著一定的不足.

1.3 結合新材料與新技術的預制裝配式橋梁的發(fā)展趨勢

基于前述的預制裝配式橋梁的優(yōu)勢和設計施工特點，明顯可以發(fā)現(xiàn)預制裝配式橋梁是一種可持續(xù)發(fā)展橋梁，但受限于施工機械的原因在橋梁設計跨徑和橋梁施工方面仍存在局限性。為此，根據土木前沿領域的新型土木工程材料以及新型制備技術，探究預制裝配式橋梁的發(fā)展趨勢。將從以下幾點展開具體分析：

1.3.1 超高性能混凝土（UHPC）在預制裝配式橋梁中的應用

超高性能混凝土（簡稱為UHPC）是一種具備超高強度、較高延性、耐久性較好的水泥基材料。UHPC 的抗壓強度和抗拉強度一般分別大于120MPa、5MPa，并且由于材料中鋼纖維的存在，UHPC 在開裂后存在延性，即抗拉強度不會迅速失效，而是抗拉強度維持穩(wěn)定或者有小幅度上升。大部分學者通過試驗表明，UHPC 的質強比是介于普通混凝土和鋼材之間的，就是說在相同的承載力下，UHPC 制備的構件的質量小于普通混凝土。為此，若將UHPC 用于預制裝配式橋梁，對于簡支箱梁橋、連續(xù)箱梁橋和連續(xù)剛構箱梁橋，其箱梁截面尺寸可往薄壁方向設計，這將極大地減小預制梁體的質量。此外，UHPC 在澆筑完后，需采用高溫蒸汽養(yǎng)護，可以較大地提升UHPC 的強度。而預制構件的工廠化生產，為UHPC 蒸汽養(yǎng)護提供了場地條件。

目前，在土木工程橋梁建設領域已表明，UHPC 預制箱梁裝配式橋梁是可行的，未來市政類橋梁可能會采用該類橋型，且UHPC 預制裝配式箱梁橋由于UHPC 突出的力學性能有望往更大跨徑發(fā)展。另外，由于UHPC 的抗壓性能是普通混凝土的幾倍，UHPC 預制空心橋墩也在不斷地探究和發(fā)展。部分專家針對拱橋也提出了UHPC 箱型拱的設計理念。

1.3.2 預制組合結構技術在預制裝配式橋梁中的應用

預制組合結構技術是通過將多種土木工程材料[普通混凝土、UHPC、ECC（韌性混凝土）、鋼材、環(huán)氧樹脂膠、CFRP（碳纖維增強材料）等]組合成一個整體，充分利用相關材料的優(yōu)異性能，為此具有輕質高強的特點?，F(xiàn)有預制裝配式橋梁常采用的鋼混組合結構，如工字鋼－混凝土組合梁、波形鋼－混凝土組合梁等，一般通過栓釘界面將鋼材和混凝土連接成整體。相類似的，工字鋼－UHPC 組合梁、工字鋼－ECC 組合梁、鋼－UHPC 組合橋面板等組合結構在不斷發(fā)展，并應用于橋梁建設中，以發(fā)揮其優(yōu)異的性能。此外，由于每種材料的力學性能存在差異，通過將材料以多層形式制備的組合梁也被廣泛研究，該種形式組合梁被稱為“三明治”結構。以鋼－UHPC-ECC 組合結構梁為例，為充分發(fā)揮UHPC 的抗壓強度和利用ECC 易變形性，則以鋼板將UHPC 和ECC 連接成整體組合受力。

預制組合結構技術可以較大程度地發(fā)揮出材料的特性，提高梁體承載能力的同時，減小預制梁體的質量。預制組合結構不適用于現(xiàn)場澆筑，為此預制裝配式橋梁才是預制組合結構的較優(yōu)選擇。

1.4 預制裝配式橋梁的應用前景

預制裝配式橋梁的應用前景比較開闊，未來將朝著以下三個方向發(fā)展。

1.4.1 朝著施工簡單化發(fā)展

預制裝配式橋梁現(xiàn)場拼裝對于吊裝機械的依賴性極大，且梁體拼裝的吻合程度需要人員的精準對接，往往帶來的安全問題也是比較明顯的。為了保證施工的簡化，首先是從設計上，盡量減少拼接的工作量；其次是從施工上，需對拼接的精度達到系統(tǒng)性可控。

1.4.2 朝著運輸便捷化發(fā)展

預制裝配式橋梁很突出的問題是將預制構件運輸?shù)浆F(xiàn)場，若要保證運輸?shù)目旖?，一是通過結構層面改變預制構件的質量，二是對工程機械的發(fā)展創(chuàng)新。

1.4.3 朝著結構安全化發(fā)展

與現(xiàn)澆類橋型相比，預制裝配式橋梁存在薄弱位置接縫。保證接縫位置不成為結構的主要破壞位置，以及提高接縫的極限承載能力將會成為發(fā)展預制裝配式橋梁的關鍵問題。

2 結語

綜上所述，通過結合預制裝配式橋梁的優(yōu)勢以及設計施工特點，分析了預制裝配式橋梁現(xiàn)階段存在的部分問題。預制裝配式橋梁將朝著與新型土木工程材料和新型結構技術結合的方向發(fā)展應用，并尋求突破，其主要目的是施工的簡化、預制構件運輸和吊裝的便捷以及結構的安全。在一定程度上，由于新材料和新結構的引入，預制裝配式橋梁將在傳統(tǒng)裝配式橋梁的基礎上不斷發(fā)展創(chuàng)新，以此擴展預制裝配式橋梁的適用范圍。