裝配式混凝土橋梁的設計要點研究

李凱

(華設設計集團股份有限公司 江蘇 南京 210000)

近年來，我國的裝配式技術在不斷地發展和變化，越來越多的建筑企業也日益重視裝配式橋梁項目的建設與發展。這些企業利用科學手段對橋梁設計技術進行了嚴格把控，并對橋梁設計與建造方面進行了專業測定，從而使橋梁的使用期限符合規范標準。通過這些因素可以看出研究裝配式橋梁的設計要點的必要性，建筑企業要對裝配式橋梁設計的要點加強把控，并加強對相關技術的研究和創新，這樣才能幫助我國橋梁建設事業持續發展。同時，可以進一步發展地區經濟，激發地區經濟的發展潛能，從而提高人民的生活質量和水平。

1 裝配式混凝土橋梁的特點分析

1.1 有效節約資源

傳統橋梁建筑施工建設不僅需要很多人力資源，而且還需要專業的機械設備、大量的原材料，才能夠將一座橋梁建好。而裝配式橋梁采用的是統一化的工廠生產工藝，在單一模塊的用料比例上顯得更加統一和規范，而且通過批量的生產還可以使橋梁的上部、下部構件的生產都能夠按照市場標準來嚴格進行。這種生產模式可以有效減少現場生產過程中大量使用鋼筋和混凝土造成的浪費。在施工的現場，混凝土建筑需要消耗很多的木方、模板等材料，現在，裝配式混凝土橋梁技術的使用與裝配式橋梁的構建，大大減少了之前的材料浪費，并且提高了機械化率，從而降低人力成本的投入。

1.2 橋梁建設更加高效

裝配式混凝土橋梁又稱為預制裝配式混凝土橋梁，預制裝配式混凝土橋梁的重點就是預制和裝配，預制就是指在橋梁通過審核和批準的一系列操作后，就可以進入預先的批量生產中。在裝配式混凝土橋梁的建設過程中，橋梁各個模塊的生產與地面的準備工作都會同步進行，就可以大大減少施工時間。與傳統的先選建設地址后建造的施工流程大不相同，裝配式的橋梁結構安裝起來更加簡便，與現場的起吊安裝設備進行了配合后，可以實現橋梁上部結構快速安裝，且在安裝完成之后就可以投入使用當中，從而提高了橋梁建設的效率。

1.3 有效減少對環境的影響

傳統的鐵路橋或者是公路橋等大規模的建設，會嚴重破壞周圍的生態環境，而這些傳統的混凝土澆筑現場工藝都會用到很多大型的運輸攪拌設備，這些設備還會破壞地表植被，所以近年來都不太被提倡。而裝配式混凝土橋梁的裝配工藝不僅對環境的影響較小，而且也不會破壞地表植被，對周圍空氣的影響也較小。單純的安裝焊接工作比以往復雜的流程更加清潔和環保，從一定程度上降低了水資源的使用率，推動了我國建筑事業朝著現代化方向發展[1]。

1.4 保障橋梁質量

在傳統橋梁的建設過程當中，很多因素都會影響橋梁的建設質量，如空氣濕度、天氣溫度等，這些自然環境因素都會在一定程度上影響混凝土的硬化情況。除了這些因素以外，人為因素也會增加橋梁的建設風險，這些風險因素會嚴重危害到整體的橋梁建設施工質量，還會帶來嚴重的安全隱患。不同施工單位的能力與施工標準都大不相同，所以橋梁的綜合質量也很難得到有效保證。而裝配式橋梁結構采用的是集約化的生產模式，通過嚴格把控提高單個橋梁的建設質量，從一定程度上減少了各種自然因素與人為因素給施工帶來的不良影響。

1.5 現場施工程序更簡便

裝配式混凝土橋梁結構采用的是整體運輸和整體吊裝等施工工藝，并且采用了人工焊接的方式。施工的流程不僅簡單而且高效，有效避免了傳統橋梁建設工程現場雜亂的局面。用更加簡潔的工作方式以及內容達到更高效的施工結果，而且裝配式混凝土結構的使用也為城建單位的現場管理提供了方便，提升了橋梁建設項目的整體水平。

2 裝配式混凝土橋梁施工前準備

2.1 構建墩柱、蓋梁BIM模型

首先要結合施工的要求，對施工過程進行科學合理的分析，通過使用Revit軟件，按照1∶1的比例要求進行建模。建模時需要搭建合適的模型來表現出預力筋與鋼筋骨架等構件的位置信息，從而整合出方便建筑施工人員觀看的建筑模型，這樣可以有效避免鋼筋整體抗震效果不符合標準且影響橋梁的整體質量，并且在準備施工前還可以通過碰撞檢測來辨別橋梁的各個構件是否符合標準。

2.2 鋼筋加工

在施工前用鋼筋綁扎作業在鋼筋加工廠實施，實施過程中一定要按照施工的標準和規范來進行，從而確保主筋位置的偏差不會超過預期的范圍。當實際的施工開始，施工工作人員還要對主機的垂直度在捆扎作業進行時采取同步測量，禁止垂直度偏差超過0.5%，要將施工的偏差控制在5 mm內。

3 裝配式混凝土橋梁上部結構設計施工

3.1 裝配式混凝土橋梁上部結構設計

3.1.1 裝配式橋梁的護欄和橋面鋪裝宜在體系完成后施工

一定要在體系完成后再進行施工鋪裝，這是因為結構體系已經完成了變形，而后澆筑的鋪裝不會因結構體系轉換帶來的變形而出現不規則的裂縫。如果先澆筑鋪裝，鋪裝層會有一部分參與主梁的工作，然后再開始體系轉換，這樣對主梁是不利的[2]。

3.1.2 橋梁橫隔板

箱型截面預制箱梁是梁式橋中較為普遍的一種形式。在箱式梁設計過程中，為了確保箱梁的橫向剛度滿足施工要求，在箱梁的腹板中通常要設置橫向連接，設計一般在中點、支點處或者在梁端處。

3.1.3 橫向預應力設計

在橋梁不同材料的連接處，運行時間久了就容易產生裂縫，由于裂縫承受了橋梁的傳遞剪力，當剪切力作用在裂縫上時，一側裂縫就會對另一側產生滑移的力，若接觸面不光滑、不平整，接觸面的長時間摩擦會使接觸面進一步分離，對橋梁中的鋼筋產生拉力作用，若達到極限狀態就是鋼筋應力達到了屈服程度，這就是摩擦抗剪，又稱為橫向預應力。預應力能夠對橫向聯結性能到達增強的效果，但不能就此認為橫向預應力的設置越多，越能實現更強的橫向聯結性能。在裝配式板橋中，如果要實現板間即使在鉸縫和鋪裝層縱向開裂的情況下也能傳遞剪力，可以配置足夠數量橫向預應力，以此來保證橋梁的橫向聯結性能。設計橫向預應力的主要目的是設計多重防線來減少鉸縫和鋪裝層的縱向開裂隱患，而且橫向預應力對橋面也能起到抑制作用，以此實現橋梁安全性的保障作用[3]。

3.2 裝配式混凝土橋梁上部結構施工

3.2.1 裝配式板梁

裝配式板梁是中小型橋梁施工建設中的主要結構，它在施工建設中的應用也非常廣泛。但是我國目前使用的空心板梁總體的質量有待提升，在使用過程當中，板梁很容易在壓力下發生整體的坍塌。因為空心板梁的整體承受能力有限，一旦壓力超過橋體的承受限度，板梁處就會發生斷裂，對整個工程造成很大的影響。所以，空心板梁不能承受超載與大負荷的車輛，通常都是將I型鋼管放置在混凝土中，以保證整體建筑行程鋼骨結構。將單元化的預制板梁作為建設的基礎單位，來幫助每個板梁之間銜接。

3.2.2 裝配式T型梁

裝配式T 型梁采用的是復合型結構，由于其獨特的結構，其內部形成了一種剪力，這種力可以幫助橋梁受力保持平衡和穩定，在一定程度上提高了橋梁的承重能力。要想建設好裝配式T 型梁，首先就要制作或者是整體預制橋梁的臺座，臺座不僅要承受附加的應力，而且還能夠承受梁體的重量。其中，底模需要考慮不同跨度梁需求，在臺座間預留一定的活動空間，通常是3～4 m，這個活動空間是用來移梁的，同時還要制作鋼筋與骨架成型，然后再進行安裝。在安裝鋼筋之前，還需要對模板的尺寸與位置進行準確的定位，最后進行混凝土的澆筑。在澆筑時，一定要避免澆筑上層混凝土時，下層混凝土被破壞，可以通過提高澆筑的速度來達到這一目的，建筑施工人員一般都會在上一層混凝土初凝前澆筑[4]。

3.2.3 裝配式組合箱梁

裝配式組合箱梁采用的也是復合型的結構，也就是兩側與底部采用鋼結構來建設，但是路面采用混凝土的結構。當墻面還沒有完全進行整體結合時，U 型梁承受著整個橋梁的主體重力，同時還承載著自身重力。隨著時間的推移，當橋面和U型梁完全閉合，從而形成整體的受力框架時，整個結構就可以以組合箱梁的形式來參與到受力當中。而且在現場的施工過程當中，預制的U型結構不僅可以方便運輸，還可以為裝吊的各個環節提供便利。但是一定要注意內外的受壓情況，防止壓力造成梁體的偏移，從而影響后期的安裝。

4 裝配式混凝土橋梁下部結構設計施工

4.1 橋墩及其連接

裝配式混凝土橋梁的橋墩采用的是一體化的裝配式建筑構件，該構件的整體結構強度大，而且穩定性也很高，支撐能力很好。其設計要點在于將鋼筋準確地插入預留的空隙以后，再以橋梁作為定位的基準，使用鋼筋來加固上下結構的連接。然后在上部的橋體當中插入柱狀的結構完成對接的工作，再使用混凝土對上下部位進行銜接。

4.2 承臺與樁基之間連接

承臺與樁基之間的連接方式很獨特，大多類似于炮筒的連接方式，也就是在樁基的底部預留足夠長度的鋼筋，通過鋼筋的結構式承臺來與樁基之間形成人為的整體，從而提高承臺和樁基之間的整體承重結構強度。施工人員會根據整體的受力情況來設置好鋼筋的使用情況，從而避免在重力的影響下承臺和樁基之間發生壓縮、結構不穩定的狀況。

5 裝配式混凝土橋梁抗震設計

5.1 明確傳力路徑因素

設計人員首先要明確好傳遞的途徑和因素，在預制構件設計時有所注意。在具體的設計過程當中，要站在整體的角度上看待問題，對橋梁的抗震能力進行傳遞途徑的完整化設計，可以有效地預防橋梁的坍塌或凹陷等一系列問題。

5.2 明確拼裝橋墩合理設計的重要性

設計人員在做橋梁的抗震設計時，要對拼裝橋梁合理設計的重要性進行明確，參考相關規范，對橋梁的抗震能力進行科學、合理的設計。通過一系列的分析與計算來確保橋梁的抗震系數符合抗震要求。

5.3 進行預制構件連接位置的設計

設計人員要將地震的荷載下塑性鉸區域作為基準進行預制構件連接位置的設計，對設計的過程進行重視，來保證設計的合理性。但是對于與塑性鉸區域相隔較遠的位置，就要按照彈性響應作為基準來進行連接位置的設計。

5.4 配合規范標準

為了有效防止橋梁出現地上和地下結構出現嚴重損壞等問題，設計施工人員還可以將橋梁的墩柱、翼墻、墩壁等位置作為非彈性響應部。然后根據相關的標準與規范對橋梁的變形能力進行驗算，保證橋梁的設計符合規范的標準。

6 裝配式混凝土橋梁構造設計

裝配式混凝土橋梁的構造設計也是非常重要的，首先，構件接縫位置的設計要以墩柱和橋梁的連接處等位置作為基準來進行合理設計。其次，要重視橋梁的耐用性。設計人員一定要加強對連接處的審查，從而保證橋梁的質量符合標準。還可以使用薄聚合物等形式來對橋面的板接縫位置進行細致的處理，并使用混凝土來對接頭進行保護。橋梁連接處的設計一定要參考混凝土初期的抗壓強度，對于結構施工的過程進行優化，最后，要禁止以直筋搭接規定來約束帶彎鉤鋼筋的連接[5-6]。

7 裝配式混凝土橋梁施工技術要點

7.1 專業化構件設計

當裝配式混凝土橋梁進入整體的生產過程時，工作人員一定要對橋梁的施工設計圖紙進行嚴格的分析，結合實際工地的情況與環境等因素來進行施工。要結合具體的操作現場來綜合考慮每一個部分結構的受力狀況，因為在橋梁的建設過程中，模塊化的建筑和傳統的混凝土建筑有很多不同的地方，所以一定要對構件進行專業化設計。生產的廠家要合理調整建筑鋼筋的直徑與分布，受力與應力兩個方面來綜合考慮構件的綜合受力情況。

7.2 規范橋梁構件制作流程

在橋梁的構建過程當中，規范橋梁構件的制作流程也十分重要。規范化地設計模具，并對模具的質量等指標進行嚴格審查，可最大程度地減少模具之間的偏差，這是最基本的要求。而且在正式進行量化生產之前，還要進行試產，對橋梁進行質量的檢測與承重檢測，保證每一個構件都符合制作的標準。最關鍵的是，一定要使用正確來源的原材料，確保生產原材料的質量是可靠的。

7.3 科學管理與運輸

橋梁的構建原材料應該小心存放，進行科學管理與安全運輸，要防止橋梁的構件受潮或者是淋雨，而且將模具放在平整的地面上，保證受力在合理的范圍內，并且做好防撞和防滑等工作。可以采用定型保護墊來加強保護，在運輸的過程當中要做到輕拿輕放，防止邊角在運輸過程當中有所磨損。

8 裝配式橋梁施工主要技術

8.1 承插式連接

承插式連接是裝配式橋梁施工過程當中運用的主要技術，當運用這一連接方式時，要嚴格控制插入孔洞的長度。施工人員要做好橋梁底部的鋪設工作，這樣可以保證橋梁施工的整體質量得到提升。承插式連接方式的流程也比較簡單，而且施工周期也很短，施工人員一定要做好橋梁的力學分析，對于接縫處的處理加以重視，同時加強對橋梁抗震能力的分析。

8.2 灌漿套筒連接

灌漿套筒連接就是將灌漿預制墩身和原先就連接到套筒的鋼筋進行連接，對于連接過程中出現的空隙，使用高強度的水泥來填充。這種連接方式有點考驗施工人員的專業技術水平，施工人員一定要有扎實的知識儲備，同時做好相關的測量等工作。

8.3 采用有預應力的鋼筋連接構造

近年來，預應力鋼筋連接技術慢慢被人們接受，這一技術方式就是借助鋼絞線等高強度的鋼筋進行連接，從而達到實際的施工要求。當施工人員使用預應力鋼筋連接技術時，一定要先做好相關的理論計算與分析，這樣才可以保證在長期施工當中連接部位的穩定性。

9 結語

綜上所述，裝配式混凝土橋梁不僅施工起來較為便捷，而且還減少了空氣污染，對于能源也起到了節約的作用，施工效率也大大高于其他的施工工藝。而且，近年來隨著裝配式橋梁技術的發展與提高，越來越多的建筑施工行業采用這一方式來進行施工，相信裝配式混凝土橋梁會有越來越好的發展。