预制桥梁类型

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。

4.1 综述

本章概述了最新类型的预制桥。在过去的 30 到 40 年中，已经开发了许多部分或完全预制的桥梁系统。在本文中，我们主要列述当今仍在使用的预制桥梁类型。

4.2 实体板梁桥

小型桥面板可以用预制件和现浇面层建造，作为一个组合结构，通常用于桥梁、高架桥、涵洞、隧道等的桥面。这种桥梁类型导致结构沉重但易于安装，因此它仍然适用于小跨桥梁，在某些情况下甚至适用于中跨桥梁。

对于跨径在8m~13m的小跨度桥梁，可选择大块板梁解决方案（图4.1）。预制板的宽度可调，例如1200mm，厚度为150至350mm。混凝土板并排放置，并在现场浇筑150至200mm不等的结构面层。

预制板大多采用预应力，顶部伸出钢筋保证与结构面层良好连接。板的纵向接合面设有纵向槽，形成剪力键。桥梁外边缘通常和面层一样在现场浇筑来实现桥面宽度变化。

图4.1 实体板梁桥

在更先进的解决方案中，主梁由I形、倒T形或重型双T构件组成，并排放置并与现浇面层和现浇接缝混凝土相连。现浇部分的附加钢筋包括穿过梁腹板开口的横向钢筋和梁上方的顶部钢筋。该系统适用于跨度在6m~20m的桥梁。桥梁的边缘可以用预制边梁或现浇悬臂板来实现。

图4.2 显示了在英国、西班牙、荷兰等地常用的预制梁体系。该体系虽然结构自重大但非常耐用。

图4.2 现浇填充式预制板桥

目前，意大利、西班牙和葡萄牙已在长线预制台座上用滑模成型机制造了一系列新的预制预应力构件，其高度高达1.0m ，模块宽度宽达1.2m 。

图4.3 至4.5 显示了由预制梁组成的多跨度桥梁的截面和示例，截面包含倒T 形、双T 形、类似于空心板的箱形单元，用于跨度在12m~20m 的桥梁。

该预制系统的主要优点是利用有限的劳动投入，创造巨大的生产能效，这是空心板生产厂的典型特征。多跨桥可以设计为完全连续和部分连续，在支点和跨中可采用横梁。

图4.3 倒双T梁的桥梁横截面

图4.4 空心板桥的横截面

图4.5 倒双T梁桥工程实例

4.3 梁式桥

大跨径梁桥是 60 年代以来预制梁常采用的方案。主梁由几根倒 T 形或工字梁组成，主梁之间通过横隔梁相连。支点处设置横隔梁，根据桥梁跨度不同，有时也在跨中设置横隔梁。架设主梁、现浇接缝后，是在梁顶部的槽口上放置混凝土模板现浇桥面板。梁的顶部有突出的预留钢筋，用于与桥面板连接。该结构体系既可用于简支梁桥结构，也可用于连续梁桥结构。具有倒 T 形梁的结构体系适用于跨度在大约 15m~45m （如图 4.6 、 4.7 ）。现浇桥面板同倒 T 形梁组成内部封闭体系。

图4.6 倒T型梁桥横截面

图4.7 倒T型多跨公路桥实例

I形梁桥适用于跨度在15m~55m的桥梁。主梁梁间距是可变的，与桥梁跨度和荷载大小有关。图4.8至4.13给出了各国的I梁桥实例。

图4.8 I字型梁桥横截面

图4.9 在建高速公路预制梁桥

图4.10 高速公路上的正在施工的梁桥，无交通中断

图4.11 跨河道I型梁桥

图4.12 复杂截面河道预制桥

图4.13 I型梁架设

4.4 箱梁

预应力箱形梁体系主梁由一系列并排或小距离放置的箱梁组成。主梁架设安装后，现场工作仅限于现浇纵向接缝和横向预应力的张拉。长细比约为30 ，高度为1.5m 的箱梁已经实现了50m 的跨度。梁顶部中有凸出预留钢筋，用于连接现浇桥面板、接缝结构、调平层等。

图4.14 无结构面层预制箱梁桥

图4.15 箱梁桥

还存在一种带有顶部凸缘的箱形梁来建造桥面。该结构体系在澳大利亚广泛用于跨度约45m的桥梁。他们称这种装置为“SuperTee beams”。图4.16和4.17给出了有关构件、架设和施工的详细信息。

图4.16 料场和安装期间的SuperTee beams

图4.17 Super Tee beams实际工程

另一种箱梁类型是底部为一个宽翼缘结构，与传统箱梁不同的是，底板为封闭结构。现浇顶板的制作方法与传统箱梁桥相同。

图4.18 底板带宽翼缘的封闭式箱梁示意图

第三种箱梁结构类型为主梁预制U 型结构，上面加预制面板并现浇桥面结构层组成。

图4.19 预制U型梁现浇桥面板箱梁

图4.20 U型箱梁架设

图4.21 双车道箱梁架设施工

图4.21 显示了纵向箱梁和横向节段桥面板的组合。

4.5 单箱箱梁

在过去的几十年中，西班牙开发了一种适用于大跨度和复杂桥梁的新结构体系。该体系由一个带有悬臂或支撑的现浇桥面板的大型梯形梁组成。桥梁可设计为连续结构，跨度可达90m及以上。

由于运输受限的原因，单箱梁的尺寸限制在45m 左右。当桥梁跨度更大时，需要沿跨度方向分割成多个梁，先放置在临时支座上，后通过后张拉使其连续。预制、运输、施工时的临时状态的受力情况都需要精细计算，确保各个阶段结构的受力满足条件。这种结构被认为是由部分预制混凝土和现浇混凝土组成的。桥梁正常使用极限状态的设计依赖于成桥阶段结构受力。

主梁节段安装后，进行后张预应力钢束的张拉。后张拉的预应力钢束可以放置在主梁中（体内预应力）也可以在外部（体外预应力）。

图4.22 单箱箱梁示意图

桥梁的悬臂桥面板有两种做法，一是与桥面板一起现浇；二是采用预制板，由预制混凝土支撑构件或钢构件支撑。下图显示了单箱箱梁的示例。

（a)悬臂板（b)支撑板

图4.23 单箱箱梁和弯曲单箱箱梁横截面图

图4.24 带预制悬臂板的箱梁

图4.25 宽悬臂板单箱箱梁

预制弯单箱箱梁桥与普通单箱梁桥相似，但是采用特殊的模板预制，达到一定的弯曲曲率，通常不采用先张法，而是采用后张法。带曲率腹板的预制单箱梁通常具有结构连续性，跨度可达50m以上。

图4.26 变高度单箱箱梁（V型墩）

图4.27 带悬臂板的变高度预制单箱箱梁

4.6 曲线箱梁桥

自1995年以来，随着对结构美观性重视度的增加，很多预制厂着力研发预应力弯箱梁技术。箱梁的抗扭刚度非常适合于具有水平曲率的桥梁，目前西班牙、荷兰和英国已经建设预应力弯箱梁，半径从100m到200m不等，在制造过程中，张拉预应力钢束引起的偏转力由连接在模具底座上的专用设备承担。

图4.28 曲线箱梁与地铁高架桥

图4.29 曲线箱梁高架桥实例

图4.30 预制曲线弯箱实例

4.7 槽型梁

在上一个十年中，比利时已经开发出了新型的高速铁路轨道槽型梁，这种桥型的特点在于高横截面模量和细长的建筑高度。

槽形构件多为复合结构，边缘为钢型材。梁底板采用大量预应力钢绞线。预弯型钢在底板浇铸前向下施加预压力。钢梁翼缘所在的底板混凝土硬化后，释放作用在钢梁上的竖向力，然后逐渐施加预应力。在施加预应力时，钢梁的腹板和上翼缘已经与钢筋混凝土组合在一起共同受力了。梁的长度在20至25米之间，高度为1.30米，宽度为4米，总重量可达160吨。

图 4.31 铁路轨道槽形梁

图6.5 中给出了预制槽型梁的另一个例子。它与铁路高架桥有关，轨道位于槽的底部，因此可以实现小高跨比桥梁的项目设计。也有一些实现了槽形拱桥的设计。

4.8 节段梁

预制节段桥梁通常在传统的大跨度悬臂施工桥梁中采用。节段梁的宽度，单片梁的长度关系到梁的重量，运输以及提升方式。大型节段通常在现场预制，但也有工厂预制大型节段的桥梁优秀实例（图4.32和4.33）。对于较小的项目，例如城市中的高架桥，节段通常在永久预制厂制造。其中的一个优势在于大批量生产。安装主要在临时脚手架上进行，填充横向接缝后，在纵向上对单元进行后张拉。