麥日浩 江松柏

（海南科技職業(yè)大學(xué)，海南 ?？?570100）

0 引言

預(yù)制裝配式混凝土橋梁較傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋梁而言，具有綠色環(huán)保、建造效率高等優(yōu)勢(shì)，更符合建筑工業(yè)化、建筑產(chǎn)業(yè)化和綠色建筑等發(fā)展理念，目前被廣泛應(yīng)用于河海、山地和市政道路等不同場(chǎng)地的橋梁建設(shè)中。

裝配式石橋、木橋、木石橋在我國(guó)有著悠久的歷史，預(yù)制裝配式混凝土橋梁的歷史卻很短，這與混凝土應(yīng)用史有關(guān)。盡管預(yù)制裝配式混凝土橋梁起步晚，人們對(duì)其的研究卻不少。本文結(jié)合近年的文獻(xiàn)從預(yù)制裝配式混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝及其抗震等性能和高性能新材料、BIM 技術(shù)應(yīng)用等方面綜合闡述預(yù)制裝配式混凝土橋梁的研究現(xiàn)狀，并展望其研究前景。

1 上部結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配及其性能研究

1951 年在Lahn 河上建造的第一座懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，形成現(xiàn)代意義上的懸臂澆筑施工法[1]。我國(guó)1966 年竣工的成昆鐵路舊莊河一號(hào)橋便采用預(yù)制節(jié)段懸臂拼裝施工法[2]。進(jìn)入21 世紀(jì)后，隨著技術(shù)的逐漸成熟，上部結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式橋梁在我國(guó)得到推廣和運(yùn)用。橋梁上部結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配工藝有：預(yù)制裝配鋼-混組合梁、階段預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力束體系、預(yù)制拼裝混凝土等[3]。

宋琢等[4]通過(guò)改進(jìn)裝配式防撞欄桿的施工方法，節(jié)約了工期和施工成本，同時(shí)驗(yàn)證了連接節(jié)點(diǎn)的可靠性。汪清泉[5]通過(guò)對(duì)高烈度區(qū)裝配式公路橋梁不同橋型抗震性能進(jìn)行研究，表明在Ⅷ度烈度區(qū)進(jìn)行裝配式橋梁抗震時(shí)可不考慮豎向地震作用；但該烈度地震作用下裝配式簡(jiǎn)支橋梁橫橋向抗滑移穩(wěn)定性難以滿足要求?；綮o思、鐘瓊等[6-7]提出了一種預(yù)制裝配式鋼-混組合梁，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其工程可行性，該組合梁較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式具有較大抗彎承載力和更好的延性，但存在預(yù)制裝配組合梁混凝土板頂面縱向裂縫開展較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式更快等不利影響。李成君等[8]進(jìn)行了不同層級(jí)縱向荷載作用下剪力釘（鋼-混組合梁中混凝土和鋼的剪力連接件）抗剪性能與極限承載力試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：裝配式剪力釘試件的抗剪承載力較常規(guī)剪力釘試件提高20%以上；剪力釘周邊核心區(qū)域混凝土所受到的約束作用對(duì)剪力釘縱向抗剪承載力和延性的提高有促進(jìn)作用。趙秋等[9]提出了一種裝配式鋼-UHPC 組合橋面板彌補(bǔ)了鋼-UHPC 組合橋面板所使用的傳統(tǒng)剪力連接件的不足，并通過(guò)有限元軟件ANSYS 建模進(jìn)行受力性能研究，結(jié)果表明：該裝配式鋼-UHPC 組合橋面板能滿足工程實(shí)際要求，且能較大程度地避免純鋼橋面板疲勞等危害。

2 下部結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配及其性能研究

下部結(jié)構(gòu)為主要承重部位，預(yù)制構(gòu)件間連接節(jié)點(diǎn)的處理更為復(fù)雜，其裝配化施工的研究相對(duì)上部結(jié)構(gòu)較晚，目前下部結(jié)構(gòu)裝配式多數(shù)為橋墩、蓋梁預(yù)制拼裝，基礎(chǔ)、承臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)澆筑，國(guó)內(nèi)典型的工程如上海嘉閔高架北二段工程、無(wú)錫鳳翔路工程、長(zhǎng)沙湘府路工程等。近年來(lái)“全裝配式橋梁”（即主梁、擋土墻、防撞護(hù)欄、蓋梁、橋墩、橋臺(tái)、樁基等均為預(yù)制拼裝）在城市市政橋梁中得到推廣應(yīng)用，全裝配式橋梁對(duì)連接節(jié)點(diǎn)的安全和可靠提出了更高要求。

下部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件之間的連接方式有：灌漿套筒連接、波紋管漿錨連接、UHPC現(xiàn)澆濕接縫連接、后張預(yù)應(yīng)力筋節(jié)段連接、承插式或插槽式接縫連接等，其中，后張預(yù)應(yīng)力筋連接屬于“非等同現(xiàn)澆”連接體系，其余屬于“等同現(xiàn)澆”連接體系，灌漿套筒連接、波紋管漿錨連接和UHPC 連接更為常用[10]。灌漿套筒多預(yù)埋于墩身，對(duì)橋墩塑性鉸的部位和損傷狀況有所影響；灌漿金屬波紋管多預(yù)埋于承臺(tái)或蓋梁內(nèi)；UHPC連接在承臺(tái)與橋墩、承臺(tái)與蓋梁連接時(shí)更具適應(yīng)性，且施工流程較前兩類拼接方式更為簡(jiǎn)化[10]。

薛文浩[11]針對(duì)方鋼管約束的裝配式混凝土橋墩進(jìn)行擬靜力對(duì)比試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的裝配式混凝土橋墩和現(xiàn)澆混凝土橋墩相比，灌漿套筒連接的方鋼管約束的裝配式混凝土橋墩水平承載力更高，且具有良好的抗震性能。包龍生、王娟等[12]建立節(jié)段預(yù)制無(wú)粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力環(huán)形截面橋墩的有限元模型，探討預(yù)應(yīng)力度、預(yù)應(yīng)力筋配筋率、普通鋼筋配筋率對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律。葛繼平等[13]介紹了基于性能設(shè)計(jì)的橋梁設(shè)計(jì)方法，總結(jié)了裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土的工程應(yīng)用和抗震性能研究現(xiàn)狀。歐智菁等[14]探討了裝配式橋墩的連接方式、施工工藝及檢測(cè)方式等。橋墩是影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵構(gòu)件，故裝配式橋梁抗震性能的研究多集中于其下部結(jié)構(gòu)，張于曄[15]從抗剪能力、結(jié)構(gòu)剛度、自復(fù)位能力和延性耗能等方面對(duì)比分析了提高裝配式橋墩抗震性能的不同方法，認(rèn)為接下來(lái)裝配式橋墩抗震研究應(yīng)從裝配式雙柱墩、裝配式橋墩地震作用下的傳力機(jī)理和接縫處的力學(xué)行為等方面開展，進(jìn)行裝配式橋墩抗震研究時(shí)應(yīng)考慮整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)。

3 高性能新材料的應(yīng)用

高性能新材料的應(yīng)用是改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能的重要途徑。應(yīng)用于裝配式混凝土橋梁的高性能新材料目前主要有：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、形狀記憶合金和超高性能混凝土[3]。

Zhang 等[16]將一種超高性能纖維混凝土（UHFRC）應(yīng)用于預(yù)制分段墩部橋墩墩柱底部，提高其側(cè)向承載力與耗能能力。邵旭東等[17]以超高性能混凝土（UHPC）為基礎(chǔ)，研發(fā)了裝配式UHPC 箱形結(jié)構(gòu)、全預(yù)制UHPC“π”形梁和全預(yù)制鋼-UHPC輕型組合“π”形梁三種高性能裝配式主梁，使裝配式混凝土主梁實(shí)現(xiàn)自重降低、施工方便、抗腐蝕、抗凍、防滲漏性能優(yōu)良等方面的改進(jìn)。Zhuo 等[18]將高強(qiáng)耗能鋼筋應(yīng)用于預(yù)制分段式橋墩連接，以提高其耗能能力、側(cè)向剛度和自復(fù)位能力。耿佳碩[19]基于采用UHPC 連接的裝配式橋墩擬靜力試驗(yàn)，通過(guò)有限元軟件ABAQUS 建立相應(yīng)橋墩模型進(jìn)行研究，結(jié)果表明：采用UHPC 現(xiàn)澆連接的裝配式混凝土橋墩可在一定程度上提高其自身的水平承載力和結(jié)構(gòu)的延性。劉傳飛[20]分別對(duì)灌漿套筒橋墩、UHPC 連接橋墩和現(xiàn)澆橋墩三種縮尺橋墩試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)和靜力破壞試驗(yàn)，研究表明：裝配式橋墩UHPC連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能基本達(dá)到“等同現(xiàn)澆”，優(yōu)于鋼筋套筒連接節(jié)點(diǎn)。

高性能新材料的使用仍存在成本較高、新材料與傳統(tǒng)材料之間的界面易開裂和性能不連續(xù)等問(wèn)題。

4 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM 作為一種新興的信息技術(shù)，具有三維可視化、參數(shù)化、信息化、模擬性、協(xié)同性、可出圖、可優(yōu)化、一體化等特性，應(yīng)用在土建領(lǐng)域能大幅提高設(shè)計(jì)、施工效率，同時(shí)BIM 可與3D 打印、AR、VR、大數(shù)據(jù)和云技術(shù)等其它技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)BIM 項(xiàng)目的信息管理[21]。BIM 技術(shù)的應(yīng)用有助于提高預(yù)制裝配式混凝土橋梁的工業(yè)化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化施工和預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)。

李志峰[21]提出了基于Revit為核心建模軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)流程，通過(guò)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)族，參數(shù)驅(qū)動(dòng)裝配式鋼板組合梁橋全橋BIM 模型的快速創(chuàng)建；借助Revit 和Navisworks 軟件，研究了基于BIM 技術(shù)的鋼板組合梁橋虛擬施工方法。陳文寶等[22]利用BIM 技術(shù)完成江西贛州快速路全預(yù)制裝配式橋梁項(xiàng)目的建模、深化設(shè)計(jì)、施工模擬、項(xiàng)目管理、數(shù)字化生產(chǎn)管理等工作，為BIM 技術(shù)在裝配式市政橋梁上的應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。周群等[23]應(yīng)用Bently平臺(tái)建立BIM模型，基于南寧市快速綜合整治項(xiàng)目（北湖立交）改造工程的設(shè)計(jì)管理提出優(yōu)化方案，為BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式市政橋梁的設(shè)計(jì)管理提高效率提供參考。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合相關(guān)文獻(xiàn)，鋼-混組合橋梁結(jié)構(gòu)剪力連接件、下部結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造、高烈度地區(qū)抗震性能研究和高性能新材料的應(yīng)用等是目前預(yù)制裝配式混凝土橋梁領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，BIM 技術(shù)能大幅提高設(shè)計(jì)與施工效率。未來(lái)預(yù)制裝配式混凝土橋梁還需從以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究和發(fā)展。

（1）構(gòu)件或部品標(biāo)準(zhǔn)化仍不足，全國(guó)范圍內(nèi)可建立相對(duì)完善的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)，裝配式混凝土橋梁預(yù)制時(shí)可直接從中選取合適的構(gòu)件類型與尺寸或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改進(jìn)可使用，提高設(shè)計(jì)效率。

（2）下部結(jié)構(gòu)尤其是橋墩作為整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能中的關(guān)鍵構(gòu)件，應(yīng)不斷優(yōu)化其施工工藝和連接構(gòu)造，深入研究各種連接方式的工程應(yīng)用與抗震等力學(xué)性能。

（3）高性能新材料的應(yīng)用能提升裝配式混凝土橋梁的整體力學(xué)性能，有望突破現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸，在持續(xù)研究高性能新材料的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意新材料與傳統(tǒng)材料連接界面的穩(wěn)定及兩者力學(xué)性能的連續(xù)。

（4）BIM 技術(shù)能大幅提高設(shè)計(jì)與施工效率，目前國(guó)內(nèi)大型設(shè)計(jì)與施工企業(yè)已較為普及。此外，應(yīng)綜合考慮預(yù)制場(chǎng)地、預(yù)制工藝、運(yùn)輸裝配和相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)，以提高預(yù)制裝配式混凝土橋梁的生產(chǎn)和安裝效率，同時(shí)減少裝配式橋梁的建造成本。