桥梁智能化建造预制无筋梁关键技术研究

桥梁智能化建造预制无筋梁关键技术研究

伍胜

四川路桥交建集团桥梁工程分公司

摘要：四川高速公路建设工程桥隧比例高，标准跨径的预应力钢筋混凝土梁桥占比达90%，预制梁使用的普通钢筋数量多、种类杂，后张法预应力工艺工序繁琐、锚固构造复杂、施工难度大，实现智能化制造难度大。因此，我们提出针对预制梁的智能化建造展开关键技术研究，建立一种无钢筋的预应力高性能混凝土预制梁结构，开发配套的施工工艺，最终形成智能化的建造体系。

研究内容分为三个部分：体系研究、结构构造研究和施工工艺研究。通过调研，深入分析技术现状，发掘突破点与创新点。依据理论研究、计算分析结果和试验研究结论，提出预制梁的优化构造，通过现场验证手段，逐步完善设计参数，开发配套施工工艺，总结关键技术，形成完整的建造体系，保障高效、高质的预制梁智能化建造。

关键词：桥梁智能化建造预制无筋梁关键技术研究

1、高强高韧性混凝土施工工艺试验研究

利用梁厂的普通砂石材料，试配出了高强高韧性混凝土，经百余组力学性能测试，验证了高强高韧性混凝土在抗压、抗拉强度上的大幅提升。同时，对混凝土的流动性、黏聚性、保水性、和易性进行控制，提出了以下要求：

为保证浇筑密实度和外观质量，提出了浇筑和养生的工艺要求：

（1）浇筑前应考察混凝土运距，测量混凝土坍落度损失，并根据情况进行调试。检查分丝定位格栅构造是否完成架设与绑扎、用于养护的塑料薄膜是否到位，若以上工作未充分准备，不应进行混凝土浇筑。关模前，将侧模、底模彻底清理干净，不得有碎石、垃圾、灰尘残留。清理干净后，主梁模板及时均匀喷涂脱模剂。脱模剂喷涂完成后，应尽快开始浇筑。高强高韧性混凝土对温度变化敏感度高，环境气温若低于10℃，不推荐浇筑。

（2）浇筑时高强高韧性混凝土布梁应呈线形，若无法线形布料，应及时将堆积的混凝土铺开，防止堆积。推荐使用30型振捣棒对混凝土进行振捣，并至少由2名工人操作振捣棒。一人负责振捣投料点堆积的混凝土，防止投料点积料过多，引起混凝土流动性变差、预应力钢束变形等问题；另一人负责将混凝土持续铺开。应依马蹄-梗腋-腹板-顶板的顺序分层浇筑，并在浇筑梗腋时排出气泡。每层之间应充分振捣，保障混凝土连续性。底部混凝土必须充分振捣，保证浇筑密实。顶层混凝土不宜过振，不能出现浮浆过多的情况。振捣时，应注意“快插慢收”。收面时保证顶面平整即可，切勿沾水收光。

（3）养护期间

高强高韧性混凝土对温度、湿度敏感，且要求不能开裂，因此浇筑完成后，应注意以下几点养护措施：

① 浇筑完成后，应立即覆盖塑料薄膜。建议覆盖一层薄膜，再覆盖一层厚型塑料膜，起到保水、保温、挡风作用；

② 气温较低时，可增加覆盖土工布、工程棉被等，增强保温效果；

③ 在混凝土终凝前，切勿掀开保温、保湿措施，防止温度变化、水分流失；

④ 原则上，在放张预应力前都应持续进行养护。养护期间可根据情况补充水分。若混凝土温度偏高，切勿使用冷水，应使用温度与混凝土相近的水。

2、精简钢筋水平束先张法预应力梁的结构优化

在完全取消钢筋的情况下，采用高强高韧混凝土，并利用先张法水平张拉预应力，基于“整体+局部”应力水平双重验证的响应模拟策略，利用梁单元模型、实体模型，考察结构整体、局部力学行为，对比出最优方案，总结优化方法。

3、先张法反力支架与模板体系设计

为了让张拉工装工具化、装配化、可多次使用，使得先张法预制过程与智能化、工厂化建造体系紧密贴合，并且顺利完成缩尺模型和实体梁的制作，开发双向加劲叠合张拉锚板、整体加强设计的台座和节段拼接式钢管桁架组成的自锚式反力支架。根据实体梁的构造需求和反力支架的空间限制，设计并生产配套的不锈钢模板。

4、基于智能化建造的预制梁构造设计

为顺利推进依托工程建设工作，将水平束先张法无筋梁新结构的科技成果转化到实际工程，完成依托工程变更方案设计。优化创新后的方案将原设计的预制小箱梁更改为预制I梁。优化方案的上部结构由预制I梁+波折型钢混组合桥面板＋横隔板组合而成。

5、先张法预制梁模型试验

组织专家会对试验方案进行审查，进而制作了100余组材料模型、28组构件模型和16组缩尺模型，开展了相关试验研究，对高强高韧性材料力学性能、结构力学行为及计算方法进行了系统的研究，取得了相关成果。

根据试验结果，分析判断高强高韧性水平直线束预应力梁在无钢筋的情况下，预应力钢束和混凝土可以做到协调变形，相互之间未出现滑移现象，且受弯时纯弯段应变符合平截面假定，进而提出了该种梁体的抗弯承载力计算方法。

通过浇筑首片30m实体梁，整体浇筑效果较好，腹板呈现镜面反光效果。实体梁的制作摸索出了实体梁制作工艺中的关键注意事项，为技术指南和工法的编制打下基础。

6、结束语

桥梁智能化建造预制无筋梁关键技术研究，在设计过程中主要运用了高强高韧性混凝土和内嵌光栅自感知智能钢绞线两项国内较为先进技术，具有低碳、快速、智能、经济、创新、高质量建造的优势和潜力。相关工艺有待开发和推广，需要培养产业工人，和传统工艺技术相比，材料用量指标、施工效率等方面综合论证，先张法无筋梁技术更加符合桥梁发展智能化建造趋势。