预制桥梁的历史与发展?

发布于：2022-09-21 15:13:21 来自：道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]

近年来，桥梁通过预制构件推进工业化水平，桥梁工业化在业界得到了普遍推广，这一模式转变提升了桥梁质量，缩短了工地现场作业时间，大幅提升了工程效率与安全，得到了社会各方的高度评价。但也面临一些突出问题，如何更好地让预制构件适应路线纵横断面线型变化，如何在下部结构中提升预制覆盖率，如何形成更为高效的墩梁连接结构体系，如何提升预制桥梁的耐久性与经济性？笔者在查阅资料时，发现了fip这本报告，系统阐述了预制桥梁在欧美国家的实践经验，非常值得我们参考，特此介绍给各位桥友。

3.1综述?

预制混凝土桥梁的发展历史悠久。第一个项目可以追溯到混凝土本身的预制。从30年代开始，大多数发达国家都在寻找桥梁预制化的解决方案，主要针对中小跨径桥梁，一般只限于小型工程。

预制桥梁的真正突破发生在上世纪五六十年代。由于道路交通量的大幅增长和新的机动车道的建设，需要为地下通道和立交桥提供快速、经济的解决方案，同时尽可能减少对现有交通的干扰。另一方面，预制厂引入长线预应力技术，极大地促进了更大、更细的预应力混凝土构件的发展，特别是对大跨度、重载桥梁的发展是有益的。

回顾五十多年来预应力混凝土桥梁的建设历程，预制桥梁的数量和预制构件的尺寸和重量都在不断增长。然而，各国的发展却不尽相同。在一些国家，预制桥梁作为一种经典的解决方案得到了广泛的应用和认可。例如，比利时、意大利、荷兰、西班牙、英国、美国和加拿大。在这些国家，预制桥梁的市场渗透率达到50%以上。这些国家为小型和大型项目提供了一系列广泛的技术解决方案，而预制厂在项目的设计和执行中发挥着重要作用。桥梁是否预制由当局或顾问在初步设计阶段决定。

在其他国家，预制桥梁被认为是现浇桥梁的一种很好的替代方案。市场由大型承包公司主导，通常由承包商自己根据成本和工程可用性来决定是否采用预制桥梁。例如加拿大、法国、德国等。预制桥梁的市场份额在5%到20%之间。

另外，在一些国家，预制桥梁很少或从未使用过。由于缺乏技术上和美学上的知识和对预制桥梁的偏见，特别是在斯堪的纳维亚半岛国家（包括挪威和瑞典，文化与政治上则包含丹麦、芬兰、冰岛和法罗群岛等北欧国家因其与丹麦、挪威和瑞典相近的历史和文化背景），几乎没有预制混凝土桥梁。

3.2 技术发展?

预制梁和构件的预制体系和技术主要是由预制厂开发。从整个预制市场来看，每个预制厂都有自己的预制体系，但是基本上都相似，只有少数例外。在某些国家，例如英国，早期政府的影响力很大，由于钢材短缺，鼓励使用预应力混凝土，在设计、浇筑和原型规划中主要为政府的技术投入。在美国，桥梁的标准横截面是由“预应力混凝土研究所联合委员会”和“美国国家公路官员协会（AASHTO）”于1956年开发的I-IV号梁和1960年开发的V和VI号梁。

预制梁第一阶段的解决方案主要针对跨径相当小的桥梁。很难说这是从哪里开始的，但是很有可能起源于英国。预应力预制桥梁是在1948年前后出现的，标志着第一家制造和销售预制桥梁的制造商的出现。在美国，第一座预制桥梁1950年在田纳西州建造。早期使用了以下变体：

所谓的匹配浇注系统，即桥梁由一系列并排放置的矩形梁组成。安装后，通过横向后张拉将梁转换为桥面。该系统目前已不在应用。
由相互相对放置的倒T形小梁组成的系统。安装完成后，用现浇混凝土填充梁之间和梁上方的空间。

随后是预制梁和现浇桥面板的梁桥。起初梁的高度相当小，例如英国50ft（15.24m）跨度的铁路桥为0.7m，意大利的一些项目为50cm。随着预制技术的发展，梁的高度逐渐越来越高，高达2.20米。同时，梁的最大跨度长度从60年代的35m增加到现在的50~60m。

梁高高的预制梁中通常设置直束和弯曲钢束，以应对梁在预制和运输过程中顶部产生的拉应力。在有些情况下，弯曲钢束采用后张法，一般是在混凝土硬化后，在预制厂或者现场张拉。

预制梁一般为工字型或者倒T形梁，一般设置端横梁（endbloc）。但是美国过去30年的做法是消除所有工字梁的端横梁，取而代之的是薄板，受力性能也很好。存梁过程中，梁被分开放置一定距离，也存在一些宽下翼缘的梁，但是存梁时梁体相互颠倒放置，以增加横向碰撞的抗力。通常采用宽下翼缘的梁底一般为平的。主梁架设后搭设桥面板模板，进行现场浇筑桥面板。当然，除了工字型梁和倒T梁，也有其他类型的梁，例如法国和意大利常用V形或槽形梁。

预制梁最新的研究方向是含整体桥面板的一起预制，存在以下结构体系：

箱梁桥，可以使一个箱室，也可为多个箱室；
钢混组合梁，桥面板全跨径预制；
槽型梁（在比利时铁路桥梁中应用较多）；
节段梁，每个节段小，在工厂完成预制，通常用在城市或者近郊的高桥中。在美国和欧洲的一些国家，也用于跨径达80m的跨河流桥梁中。

1975年~1985年期间，桥梁设计考虑问题的方式发生了巨大变化。初期人们更多关注建设期间的经济投入，后来逐渐意识到全寿命成本的重要性。从1955年开始，道路除冰盐的增加对材料、高速公路结构的有害影响已是众所周知的。在永久性工厂中浇筑的预制桥梁可以免受天气因素的影响，预制梁的质量得到了充分的保障。许多国家的经验表明，预制桥的耐久性要高于现浇桥。

受到市场需求的启发，最新的发展方向为改善预制桥梁的美观性、节省时间和成本、管理设计和安装过程。在过去的15年里，在一些领域，预制梁解决方案的开发取得了很大进展。桥梁制造商面临的第一个挑战是使其产品适应曲线桥梁。目前，西班牙、荷兰、英国等国均采用曲线箱梁，曲率半径低至120m；第二个需要解决的问题是制作变高度构件，更好地适应结构和美观性的要求。此外，桥墩和其他支撑结构有时采用预制混凝土。

早期预制桥梁通常为简支梁，即使是多跨桥梁也为简支体系。由于交通舒适性和横缝养护问题，多跨桥梁目前大多采用连续结构。连续结构有两种方案，一种是部分连续，即桥面板连续，梁是简支体系；另一种是完全连续，即梁和桥面板都为连续体系。以德国为例，预制桥梁已发展至连续桥梁，这些桥梁在梁运输过程中先施加一部分预应力，并在架设后通过后张拉使其连续。

在西班牙，市场中预制梁与现浇桥存在激烈的竞争，预制厂不断寻找新的、有竞争力的解决方案。在过去的几十年里，发展了新的、非常复杂的预制桥梁系统，例如跨度达90m的连续箱梁桥、跨度达60m的变截面连续桥、体外束预应力系统，甚至跨度达260m的预制斜拉桥。

在法国，在TOY高速铁路线运营大约15年之后，SNCF（法国铁路）邀请了承包商和预制混凝土产品制造商为未来法国东部的TGV线建言献策，以期通过一种新型的标准桥梁设计，降低铁路线路的造价和工期。1996年，在研究了大约30种新的设计理念后，SNCF得出结论：最经济可靠的解决方案是使用预应力预制梁的连续轨道桥，但应进行疲劳试验，以验证这些梁是否能够在工程的理论使用寿命（100年）内承受适用的铁路荷载。这些研究由CERIB进行（见第11章）。

SNCF将这种新型标准桥梁命名为Ra-PPAD，在满足安全和轨道平整度方面的所有技术和法规标准的同时，降低了投资和运营成本以及线路施工时间。这种连续结构解决方案的优势在于减少气候和岩土未知参数的影响，以及轨道和桥梁施工的物理分离。此外，因为这种施工技术有助于稳定道碴，并降低支架上方的钢轨应力，因此轨道桥的整体性强，使得维护间隔更长。

3.3 标准化设计指南

早在1970-1975年左右，大多数国家逐步推行桥梁体系和梁的标准化工作。其中美国早在20世纪50年代就开始了。在英国，1979年的一本指导手册指导了八座桥梁完整的设计、结构制造、材料选择等，其中3座为现浇混凝土桥，4座为预制桥梁，1座为钢桥。比利时真正意义上的预制桥梁是在60年代的高速公路中建造的。当局和预制工厂都认为预制桥梁领域的标准化是必要的，预制预应力混凝土技术已经发展到足以实现标准化。1966年10月，比利时成立了一个委员会，公布了桥梁用预制预应力混凝土梁标准化指南。该委员会由桥梁和铁路当局以及比利时预制混凝土联合会的成员组成。比利时当局根据商定的标准设计了所有新的预制桥梁。

比利时标准化的重点是预制桥梁的类型、梁（包括边梁）的几何结构、计算方法和质量控制程序。此外，还对一些生产和安装特性进行了标准化，例如预应力筋的布置、梁中预应力筋的偏差、低碳钢钢筋等。通过颁布的标准化文件，可以初步确定包括钢筋和预应力钢束的初步方案设计。

法国1973年出版了一份关于预制桥梁计算的文件，题为“PRAD 73”，由SETRA（法国国家道路和高速公路设计总局）出版，其中规定了根据极限状态法计算预应力结构。然而，缺少对桥梁设计起指导作用的规范，直到1996年SETRA出版了《预应力桥梁设计指南》。

挪威早在1964年就开始启动预制桥梁标准化工作，1967年成立了一个由挪威混凝土协会和公共道路管理局组成的委员会，负责开展预制桥梁标准化工作。最初，这些结果作为内部报告保存在公共道路管理局，但在1977年，这些结果作为挪威混凝土协会第1-4号出版物正式公布。

1号文件包含了预制预应力桥梁的设计程序；
2号文件为一个详细的计算实例，包含梁与桥面复合作用；
3号文件包含标准化梁截面设计和生产建议；
4号文件关于预制梁数量、位置。

1977年出版的第5号出版物“Nordisk Betong”总结了前期预制桥梁标准化工作。在1982年修编的第2-4号出版物中，还介绍了使用行人涵洞、过水涵洞、挡土墙、几种类型的行人天桥以公路桥的完整系统。预制桥梁在20世纪80年代中期得到了广泛的应用，但由于美学的原因，逐渐失去了人们的青睐。不过，这并不是因为预制桥梁设计和系统的问题，而是因为预制桥梁与地形、环境的融合并不是非常协调。桥梁手册在1999年至2001年期间进行了修订，预计预制桥梁的普及率将回升。

德国1979年出版了预制桥梁的设计和施工指南——《预应力和钢筋混凝土预制桥梁设计指南1979（R FT Brucken）》，指南包括预制桥梁的设计规则、示例和细节。这些建议至今仍然有效，只是根据最新技术的进展情况作了一些小的修改。

与其他国家一样，西班牙也实现了预制构件的标准化，但预制梁标准化设计并未落到实际，每座桥梁的最终设计都是由预制厂根据各自的构件类型完成的。

美国PCI于1956年开发了预制桥梁的标准解决方案，所有预制混凝土制造商使用同一系列的桥梁横断面。当然，预应力筋，低碳钢等的数量也有所不同。标准化的早期发展加快了美国预制桥梁市场的增长。例如德克萨斯州，预制化桥梁比例高达50％。