超宽节段桥梁横向连接设计探讨

孙林,杨应春

重庆市市政设计研究院有限公司

摘要：节段的横向连接与纵向连接类型一致，鉴于纵向节段接缝的研究，横向接缝在纵向接缝的研究基础上，提出了连接设计中涉及的构造处理、预应力处理等问题的解决方案。

关键词：超宽桥梁 横向节段桥梁 横向连接

一、横向连接的类型

目前，我国节段预制拼装法建造桥梁是以纵向为主进行分段预制和拼装的桥梁建造技术，其将桥梁沿纵向划分为若干节段，在工厂预制后将其运至桥位进行组装，施加预应力使之成为整体桥梁结构的一种桥梁建造技术。

但由于经济飞速发展，道路容量要求越来越大，道路宽度越来越宽，也随之出现许多宽幅桥梁。在推广市政工业化时将面临着这些宽幅、超宽桥梁的技术瓶颈，因此解决超宽桥梁的横向拼接问题是提高工业化率的需要。

既然是节段拼装，则拼装的方式同样可分为干接、湿接以及胶接三种拼装工法。

湿接缝湿接缝能弥补节段接合面的细小缺陷,密封性好,能有效防止水汽入侵。干接缝不能承受任何拉力; 干接缝比湿接缝安装要快.预制节段采用干接缝不能实现完全水密封性,会影响后继预应力压浆的质量,降低了预应力索的防腐效果.

其中由于干接工法在桥梁建造完成后整体受力性能和抗震性能存在严重缺陷，2003年临时修改AASHTO《节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范》中决定新建节段预制拼装桥梁将不再使用干接形式。

在90年代，我国桥梁拼接技术主要以湿拼装技术为主，随着近年来桥梁技术设计有限元技术的发展、新型国产桥梁节段拼接胶材料研发诞生、高性能混凝土构件的预制，以及精确地试验检测和高精度的测量控制等技术的发展，节段预制胶接法建造桥梁的技术值得进一步规模推广。

相对于湿法拼装工法来说，胶结拼装建造桥梁的最大特点就是，快速拼装，无需等待混凝土达到强度，时间周期比湿接缝节省一半。在接缝处理方面采用环氧树脂拼接胶代替混凝土连接，同时在环氧树脂拼接胶固化之前需要加载临时预应力，拆除临时预应力的时候，应保证整个施工阶段接缝不出现拉应力为原则。

由于接缝处钢筋和混凝土不连续，因此预制阶段胶接拼装结构较节段预制湿拼装结构具有鲜明的设计特点：

预应力度高：预应力度预应力度λ是由预加应力大小确定的消压弯矩Mo与外荷载产生的弯矩Ms（《公桥规》定义为作用效应组合下的弯矩值）的比值。由于环氧胶粘剂与混凝土构件粘接能力小于混凝土整体的抗拉强度，因此需要在接缝处配置较大的预应力以提高胶接处边缘抗拉强度的降低。

强度的刚度折减：由于节段拼装胶接桥梁的破坏状态表现为弯曲破坏特征，桥梁的实测竖向抗弯刚度比实际计算刚度偏小，所以在计算抗弯刚度时应进行适当折减。

在施工方面来说，胶接拼装建造桥梁技术对施工技术要求严格，在安装施工时对节段定位和连接技术要求高，对施工设备以及工人的专业技能要求比较高，因为桥梁拼接节段都是工厂预制，其质量得到很好的保证，构件在预制期间养护时间长，加载龄期晚，有效地减少了混凝土构件的收缩以及预应力的损失。

随着技术的发展，为保证接缝的强度结构的可靠性，更多的胶接材料研究出来。采用改性环氧树脂与高性能固化剂配制复合胶，在配合体内外预应力使用的情况下，节约工期提高工业化效率，同时保证结构安全的新方法。

目前世界第一和第二大规模的公路桥梁预制节段建设项目郑州四环路及大河路快速化工程和泰国曼谷Bang Na Expressway。前者预制主线长度共计约93.3km，预制匝道长度共计约46.4km，全线预制主梁（含匝道）节段数约5万榀；Bang Na Express高架全长54km，1300跨，全部40000个节段采用短线法预制，该项目也是迄今为止最大的采用纵向体外预应力和干接法的项目，于2000年1月完工，并于同年入选“吉尼斯世界纪录”。 郑济高铁在济南首次采用多联3x56m节段预制拼接连续梁跨越黄河滩区。共有22联66孔，全长约3.7公里，为世界高速铁路中规模最大、工艺最新的节段拼装连续梁项目。单联连续梁全长167.85m，由37个梁段胶接拼装组成。梁段间采用剪力键和拼接胶进行胶拼，省去了以往湿接缝工艺现浇混凝土的部分，同时全梁无任何现浇合龙段，实现了连续梁梁部预制拼装率100%，为国内高铁项目首创。

由于胶接缝不能承受拉力，横向节段拼接中设计角度主要以下几个方面注意：

1.预制节段桥梁的设计

由于胶接缝不能承受拉力，节段间的应力控制和剪力传递就成了预制节段桥梁设计中几个主要设计考量。在中国香港，预制节段桥梁的设计基本遵从AASHTO英国标准，对临时阶段和正常使用阶段，要求所有的节间均把应力控制在受压状态。然而在新加坡，当地的陆路交通部门却对正常使用状态下节段间的最小压应力提出了明确要求。

因此在横向拼接时，进行节段划分和构造处理可特别注意避开受拉较大区域，或通过构造使其承受压力，使得结构安全。如图所示的节段划分使得接缝大部分处于受压状态，在预应力的效果可以使得接缝全截面均处于受压状态。因此结构安全可靠。

2.预应力体系及耐久性设计

耐久性设计在节段桥梁中突出的要求就是对预应力筋的保护。这包括预应力管道的选取，节间及湿接缝的处理，预应力锚具和体外预应力筋的保护。在欧洲标准中有3个级别的保护。在港珠澳大桥香港段和新加坡在建的桥梁中，均采用二级保护，包括采用塑料材料作为预应力的管道等。

3.预制节段桥梁的抗震性设计

预制节段桥梁抗震设计一直备受重视。在港珠澳大桥的设计上，设计要求桥梁能承受2475年一遇的大地震。香港段所有节段桥梁均需满足这项设计要求。

地震设计过程中地震被分为3个级别——120年一遇、475年一遇、2475年一遇。120年一遇就是在桥梁正常使用的120年里可能遇到的地震。预制节段桥梁要求在120年一遇的地震下，满足所有正常使用应力（Serviceability Limit State）的控制要求，即节间不可以张开或还有一定的应力储备。在475年一遇的地震下，预制节段桥梁要满足所有的极限承载力状态 （Ultimate Limit State）的要求。在2475年一遇的地震下，要满足所有的结构整体性极限状态（Integrity Limit State）的要求。也就是说采用了3个极限状态来设计。所以储备足够的压应力是满足抗震要求的关键。

参考文献

《节段预制拼装桥梁接缝形式分析及实施方案建议》刁凯，交通工程研究与应用，2020

《节段预制拼装桥梁接缝剪切强度的探讨》 申俊，北方交通，2012

《节段预制桥梁胶接缝剪切性能试验研究》 袁爱民,重庆交通大学学报，2014