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当前桥梁工程这些新技术,工程中你都经历过么?

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发表于 2017-6-18 00:05:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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进入21世纪以来,我国公路桥梁事业的突飞猛进,为我国桥梁施工技术创造前所未有的大好形势,中国桥梁工程师新的构思层出不穷,使中国桥梁技术雄霸世界前序。当前桥梁前沿新技术都有哪些?在工程中的你都遇到过么?

公路桥梁工程发展趋势

1)大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展

理论难点:研究大跨度桥梁在气动、地震和行车动力作用下结构的安全和稳定性(大桥设计与建设中要特别重视大风引起高耸结构、高层建筑、柔性结构大幅度摇晃无法使用或造成共振破坏)。
技术特点:
采用以斜缆为主的空间网状承重体系;
采用悬索加斜拉的混合体系;
采用轻型而刚度大的复合材料做加劲梁;
采用自重轻、强度高的碳纤维材料做主缆;

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2)新材料的开发和应用
在桥梁中随着跨度的增大,混凝土材料、钢材的强度渐渐不够使用;
混凝土预应力梁桥当跨度超过300m后应力几乎用足,只有提高标号或改变材料才能把跨度继续做大
要推动桥梁跨度发展、材料的发展是一根本问题。
新材料应有高强、高弹模、轻质的特点;
研究超高强硅类和聚合物混凝土、高强双相钢丝钢纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。
新材料应有高强、高弹模、轻质的特点。
研究超高强硅类和聚合物混凝土、高强双相钢丝钢纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。
随着航空工业及原子能工业的发展,人们在20世纪中已经研制出了各种类型的纤维增强塑料(FRP)。它们具有自重轻、强度高等优异性能,必将成为桥梁今后主要采用的材料。
在斜拉桥中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大,最有利于同悬索桥的竞争。

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3)在设计理论及施工工艺上必将进一步结合
桥梁结构向大型化、空间化发展后产生了结构的复杂性和施工的可能性的问题。
两者的统一是完美地建造重大工程的关键。

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4)桥梁美学及环境保护
桥梁是人类最杰出的建筑之一,美国旧金山大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、杭州湾跨海大桥、香港青马大桥,这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品,成为城市标志性建筑。

21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型,重视桥梁美学和景观设计,重视环境保护,达到人文景观同环境景观的完美结合。

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5)大型深水基础工程
深水基础除了考虑环境水的侵蚀,还需要考虑潮汐、洪水以及流水所夹砂石与流冰的直接碰撞、磨损问题;
深水基础的稳定性与可靠度,一般常受水文条件控制。对于桥梁深水基础而言,水文条件与地质条件具有同样重要地位;
深水基础类型的选择必须慎重考虑,并做全面的可行性分析,因为它不仅关系到基础造价高低,还直接影响到桥梁工程的成败、质量和工期;
深水基础应具有高抗自然灾害的能力,而深水基础的地其勘测均需在水下进行原位勘测,工作条件差,要取得真实、可靠的数据难度大,这就要求其勘测手段更先进、更可靠;
对于海湾、海峡和近海岛屿间的近海桥梁深水基础,更应考虑海洋环境产生的荷载,如由台风、巨浪、大潮所产生的巨大水平力,应将其作为设计和施工中必须考虑的重要控制条件。
目前世界桥梁基础尚未超过100m深海基础工程,需进行100~300m深海基础的实践。

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6)桥梁健康状态自动监测和管理系统
梁建成交付使用后,将通过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行,一旦发生故障或损伤,将自动报告损伤部位和养护对策。
通过对使用中桥梁的跟踪检查及其所处环境的监测及时查明结构现存缺陷和质量衰变,并评估分析其在所处环境条件下可能发展势态及其对结构安全运营造成的可能潜在威胁,为养护需求,养护决策采用提供科学的依据,以达到运用有限的资金获取最佳的效果,确保结构安全运营的目的。也即是设定结构的安全预警线,当结构处于“亚健康”状态时,及时提醒管理者进行针对性的检查,并加强相应的养护维修。
设定结构安全预警值。对大桥结构的健康状态、结构安全可靠性进行评估,进而给大桥管理者提供等级预警信息。当桥梁性能退化,超过预警值时,能给出警报,提示需对结构进行及时的安全检查和维修。
给出特殊事件交通管制措施控制值。对于台风、地震等特殊环境条件给予预警,以提示管理者进行车辆通行的限制。

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创新结构构造及新工法

1 创新结构构造
(1)各向异性钢桥面
(2)大直径钻孔灌注桩基础
(3)软土地基摩擦锚碇
(4)分体箱桥面抗风构造
(5)桥梁纵向缓冲装置
(6)悬索桥主缆除湿装置
(7)全装配式三向预应力桥
(8)加筋土隔震基础
(9)剪力键抗震塔柱

2 创新新工法
(1)挂篮悬浇工法
(2)斜拉桥施工控制的“倒退分析法”
(3)顶推法
(4)移动模架现浇法
(5)移动托架拼装法
(6)预制节段架桥机拼装法
(7)前置式轻型挂篮悬浇法
(8)悬索桥主缆PPWS法
(9)整体化大型浮吊安装
(10)连续斜拉桥顶推施工

3 创新理论及分析方法
(1)计算机技术和有限元分析理论
(2)桥梁设计分析软件
(3)抗震理论
(4)抗风理论
(5)非线性及稳定理论
(6)健康监测及振动控制理论
(7)车桥耦合振动及船撞理论
(8)耐久性分析理论

4 新材料及连接技术
(1)高性能钢材HPS-460-700-1100(中国Q345-370-420)
(2)高性能混凝土HPC-80-100-130-150(中国C40-50-60-80)
(3)高强螺栓连接
(4)粗钢筋锚Dywidag
(5)封闭索(Lock-coil)
(6)VSL夹片锚
(7)钢绞线群锚
(8)HiAm冷铸墩头锚
(10)FRP复合材料
(11)大行程伸缩缝
(12)碳纤维拉索
(13)组合结构新型剪力器(PBL)
(14)超高强钢丝

桥梁施工新技术

(1)大跨径拱桥整体提升施工
现有的大跨径拱桥施工工艺和架设方法很多,如缆索吊装施工、悬臂浇筑、悬臂拼装、有支架施工、转体施工和劲性骨架施工等,这些方法已日趋成熟,各种施工工艺各有其合理性,但也不同程度地存在一些其局限性。

整体提升架设施工是拱桥施工安装中的一种新方法,它有着架设过程施工周期短,对于航运繁忙的河道,封航时间短,能基本保证主桥施工期间的通航,对航道的干扰小等优点。

该施工方法主要分为:拱肋节段组拼、拱肋节段上船、浮运、拱肋节段整体提升几个阶段。此种桥梁架设中,主跨主拱中段的架设安装是较为重要的过程,它关系到全桥的线性和质量。

主跨主拱中段整体浮运、提升的工艺流程:
拼装场混凝土预制桩基础、承台施工------万能杆件支架、运梁平车、龙门吊安装------在拱肋支架上放样拱肋------拱肋下弦杆安装------腹杆安装------上弦杆安装------接缝焊接,拱肋横撑安装------安装拱肋中段上船滑移支架及滑道,拆除组拼支架,拱肋荷载转移到滑移支架------张拉部分临时系杆------驳船上安装轨道、千斤顶------驳船进场就位,铺设过渡梁、缆绳固定、安装牵引索----千斤顶牵引拱肋滑移上驳船------进行加固并安装前端横撑和临时系杆------预抛锚------航道封航,浮运拱肋到主桥提升塔下------锚艇挂好锚绳,纹拉驳船就位------挂提升索吊耳,分阶段张拉临时系杆、平衡索,驳船同时抽排水作业保持恒定标高------对拱肋施加提升力------拆卸滑移支架与拱肋连接件------同步提升主拱中段离船------匀速提升拱肋就位------驳船撤离------精调拱肋位置、线形后,测量合龙段长度------切割合龙段,栓、焊连接拱肋合龙段。

主拱大段整体提升安装较缆索吊装扣索悬拼施工具有拱肋安装精度高、结构整体性好、工期短,易于保证质量、简化施工、风险小、安全可靠等优点,但该方法需建专用拼装场,动用特型船舶,要有保证船舶浮运的水深,其应用受外界条件的限制。

另外设在水中的提升塔需专门的基础,因离河底高度很大,设计刚度相对较大,成本较高,还有遭过往船舶碰撞的风险,需设置临时防撞墩,采取相应的防撞措施。

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(2)复式钢箱拱桥卧拼竖提转体施工技术
竖向转体施工的常规作法是利用设置在拱座处索塔上的扣索的牵引将搭设支架现拼好的两半跨拱肋竖向转至设计标高,再跨中合龙完成结构的安装。
对于这样的施工体系,索塔和扣索受力大,因而成本高。整个竖转体系控制监测点分散,现场施工较为困难,因而安全性较低。
而且索塔及扣索必须在拱座施工完毕后才能进行安装,因此需占用大量宝贵的施工时间。
这种施工方案采用卧拼、垂提、竖转的施工方法,将索塔前移变成提升塔,张拉油缸从边拱移至提吊塔顶部。
关键技术:
⑴、大跨径、大吨位龙门吊机及其基础设计和施工;
⑵、提升塔及其基础设计和施工;
⑶、提升索、平衡索布置形式的选择;
⑷、拱肋提升吊点及平衡索锚点布置;
⑸、竖转铰同心度控制;
⑹、竖提转体同步性控制;
⑺、拱肋节段拼装及转体线形精度控制;
⑻、转体过程中提升塔及拱肋等结构的应力和位移监测;
⑼、拱肋线形调整顶升方法。

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(3)火箭抛送先导索过沟谷技术
湖北沪蓉西高速公路四渡河特大桥在世界建桥史上首次运用火箭技术抛送先导索取得圆满成功。

运用火箭发动机抛送软质高强工作绳方案构思巧妙、独特新颖,不仅成功解决了四渡河大跨度悬索桥先导索过深切峡谷的技术难题,而且在抗洪救灾、森林防火、反恐抢险以及各类民用建设中具有很大的推广性。

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(4)桥梁顶推施工技术
顶推法施工简单快捷、安全可靠、质量保证。
据不完全统计,国内自首次采用顶推施工以来,迄今有近80余座桥梁实施顶推工艺,总长超20000余米。在多年的工程实践中,中国桥梁顶推技术取得了显著进步。如柔性墩多点顶推、连续梁顶推长度突破千米 连续千斤顶完成连续顶推分条、逐块预制组拼竖曲线顶推、2×90m斜拉桥顶推“先梁后拱”新工艺、预制组拼顶推工艺完成120m钢管砼系杆拱。

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(5)桥梁健康安全监测技术
20世纪九十年代,健康监测开始在我国桥梁中应用,许多大桥都安装了监测系统,以期对结构进行实时监控,希望通过监测得到的各种数据,对结构的现状进行分析,达到评估结构状况的目的。

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(6)旧桥加固技术

■桥面补强层加固法


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■桥面补强层加固法
桥面补强加固法是通过在桥面板(主梁顶面)加铺一层钢筋混凝土层,使其与原有结构形成整体,从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面,增加桥面整体刚度,提高桥梁承载能力的一种常用且有效的加固方法。

主梁或桥面板承载力不足,刚度不够,或铰接梁、板的铰缝不能有效传力时,可采用桥面补强加固法进行加固。受桥面补强层厚度的限制,这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。

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■预应力加固法
预应力加固方法的特点
(1)施工工艺简单、干扰交通少、所需设备简单、人力投入少、工期短、经济效益明显。
(2)能较大幅度提高或恢复桥梁的承载能力。
(3)对原结构损伤小,可以做到不影响桥下净空、不增加路面标高。
(4)预应力加固需要可靠的防腐设计。
预应力加固方法的适用条件
(1)适用于正截面受弯承载能力不足或正截面受拉区钢筋锈蚀的情况。
(2)适用于梁抗弯刚度不足导致的梁挠度超过规范或由于刚度太小导致梁的受拉区裂缝宽度超过规范规定的情况。
(3)适用于梁斜截面受剪承载能力不足的情况。

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■粘贴钢板加固法

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■粘贴碳纤维片加固法

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■外包钢加固法
■增大截面和配筋加固法
■增加构件加固法
■改变结构受力体系加固法

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来源《道路瞭望》


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