2019年4月3日，作为国内首座全面采用预制分段箱梁技术的城市桥梁，南昌市洪都大道主线高架桥成功通车，这意味着市民可以从九洲高架直接驾车前往英雄桥梁顺利进行。 。
洪都大道快速改造工程位于南昌市一环路东环，北起英雄桥，南接九州高架。 主线全长约7.6公里。 采用“主线高架+地面铺装”布局，设有解放路立交。 一、主高架道路为高速公路，地面辅路为城市主干道，双向六车道，设计速度为每小时80公里。 项目总投资约44亿元。
洪都大道工程是我国城市桥梁中第一个全面采用预制节段箱梁技术的桥梁工程。
图1 项目总体布局
城市桥梁创新设计技术
预制节段箱梁作为城市桥梁未来的发展方向，具有结构性能优良、景观效果好、交通便利、施工速度快、施工时对交通和环境影响小等优点。 近年来已逐步应用于公路、铁路桥梁，但尚未在大型城市桥梁中得到应用。 主要制约因素为：①变宽断面占比大，标准化程度低，难度高； ②高架桥为双面结构，分上下两段。 ③ 平面直线形状复杂、半径小、高度超高； ④ 施工条件恶劣。
工程设计坚持可持续发展、集约化建设的理念，提出符合建筑工业化国家战略、适合城市桥梁的新理念、新体系、新结构。
总体设计
◆ 桥梁总体设计
经过对比论证，主线高架桥最终采用预制节段箱梁，覆盖标准等宽断面、异形加宽断面和交叉口大跨断面，占全桥面积的90%以上。 其中钢结构活动式立交桥，正线等宽路段采用的大悬臂梁分体双向主梁节段梁结构和正线变宽路段采用的变宽节段梁结构，是根据该特点创新设计的新型预制节段。的城市高架道路。 该桥结构采用分段组装的方式，这在国内尚属首次。
城市高架桥复杂多变。 除主要采用预制节段箱梁外，考虑到预制难度、标准化程度、施工条件等多种因素，异形、大跨截面均采用钢箱梁结构。 由此产生的桥梁整体设计方案仅分为两种结构类型：节片梁和钢箱梁。 具有标准化程度高、工厂化生产多、现场作业少、施工速度快、环境影响小等特点。 它集安全、经济、美观、环保等优点于一体。
主线高架桥标准跨度布置为3x35m。 此外，还有30、33、40m三种跨度布置，1个单元2至4跨； 交叉口主跨50～75m，以50、60m为主； 匝道桥标准跨度布置为3x35m。
图2 主线高架标准断面节段梁效果图
桥梁施工工艺如下：
①正线高架桥标准等宽、变宽节段梁（跨度小于45m）采用逐跨拼装法。 桥墩顶部横梁采用现场浇筑施工，跨间箱梁采用预制节片组装。 梁段运输方式为陆路运输，架桥机在桥位直接吊装，下同。
②正线高架桥交叉口大跨节段梁（主跨50m、60m）采用悬臂拼装施工法。 桥墩顶部横梁采用现场浇筑而成； 跨间的箱梁是悬臂式的。
③主线高架桥钢箱梁采用较少的肘板拼装。
◆ 工程大数据
大桥全长7.6公里，桥梁面积30万平方米。
混凝土体积：约60万立方米； 钢材消耗量：约2.7万吨。
预制场：预制型材约5000块。 预制梁场占地270亩，拥有分段梁生产线9条，预制梁座54个，储存梁座1500个。
架桥设备：双宽同步架桥机8台，桥面悬挂起重机16台。
◆ 工程创新点
洪都大道工程是国内城市首个全面采用预制节段箱梁技术的桥梁工程。
首次采用大悬臂梁、分体双箱主梁的预制节段箱梁结构。 由于城市高架桥和地面辅路需要具备主辅路双层交通功能，因此采用“大悬挑梁、双箱主梁”的设计方案和左右同步架梁的施工方法。首次提出。 无需对桥墩和梁进行永久固定。 支架和预制构件改造为分体式双箱主梁，不仅满足结构受力要求，而且对运输和安装设备的要求大幅降低一半。
预制节段箱梁结构首次应用于变宽桥梁。 由于城市桥梁需设有上下坡道，且受周围建筑物等客观条件的限制，其宽度变化较大，线路多样。 洪都大道项目有8对上下坡道，变宽段梁比例达到35%。 如何？ 为使预制节段梁“不变”，适应异型变宽桥梁的“变化”，在标准断面、变宽断面、坡道桥断面标准化研究的基础上，提出“箱室、变宽桥”的“变宽桥”。提出了悬臂梁”。 《手臂》完整设计方案。
首次采用弧形超高梯度节段梁结构。 城市道路平面线形复杂，最小曲线半径385m，超高坡度较大。 解决了小半径曲线超高坡度段梁的预制组装问题，优化了车辆乘客在该路段行驶的乘坐体验。
结构设计
◆ 结构设计要点
桥梁标准等宽断面宽25.0m，采用双箱单室布置。 单幅宽12.1m，两幅间现浇缝宽度0.6m。 桥墩顶部，左右箱梁通过桥墩顶梁连接成一个整体。 墩顶梁也可作为外部预应力钢锚梁。
变宽路段的桥梁宽度根据道路线形而加宽。 桥宽25.0～46.5m。 分为单边加宽和双边加宽两种形式。 左右宽度分开考虑，通过缩窄悬臂+改变箱室宽度来实现宽度。 两侧加宽段采用横向4根主梁，整体布局为4箱单室截面； 单侧加宽断面采用横向3根主梁，整体布局为3箱单室断面。
图3 主线高架标准断面剖面
◆ 结构系统设计
国内建造的节段梁大多采用连续梁系统。 架桥机组装时，需要对桥墩顶部进行临时固结，施工复杂。 洪都大道码头顶部有一根大悬臂梁。 施工时，架桥机支腿支撑在梁的悬臂上，这对墩顶梁的受力性能以及临时固结的强度和稳定性提出了更高的要求。 采用桥墩和梁加固的连续刚构体系，显着提高了施工便利性，加快了施工速度，降低了工程成本。 同时钢结构活动式立交桥，施工阶段的整体稳定性也得到了更有效的保障。 而且桥墩、梁固结系统没有永久性支撑，可以节省支撑成本以及运营过程中维护和更换支撑的成本，进一步降低项目的全生命周期成本。
由于桥墩与箱梁之间跨桥方向变宽节段梁的相对位置不同，考虑到经济性和施工方便性，变宽断面预制节段拼装箱梁采用连续梁体系。
◆ 预应力系统设计
节段梁采用纵向、横向双向预应力系统。 体外预应力施工速度快、结构简单、管片预制方便。 钢筋在运行过程中可以检查和更换，但极限承载能力比内部预应力低； 内部预应力具有较高的极限承载能力，但会增加管片预制的难度。 。 因此，纵向预应力钢筋从施工效率出发，采用以外部预应力筋为主、内部预应力筋为补充的混合预应力体系。 该架桥机结合了两种预应力钢筋的优点，仅张拉外筋以提高架设速度，并将内筋优化为最简单的形状，降低了预制难度，提高了标准化程度。
图4 以外部束为主的混合束预应力体系
◆ 墩顶大型悬臂锚梁设计
城市高架桥和地面辅路需具备主辅路上下双层交通功能，并采用大悬臂梁。 这与国内节段梁的左右宽度分割设计，以及桥墩和箱梁的中心对准不同。 左右两根箱梁通过桥墩顶部的大悬臂梁支撑在桥墩上。 分段拼装施工时，架桥机支腿作用于横梁大悬臂上。 同时，横梁还充当外部预应力的锚梁。 外部预应力、人孔、纵横向预应力和钢筋集中布置，结构和受力极其复杂，精细化设计解决了大悬臂梁的技术难题，同时减少了临时固结工序，方便施工。
图5 标准等宽断面双幅架桥机同步架设
图6 安装过程中的变宽段梁
◆ 变宽分段梁设计
具有可变宽度截面的节段梁一直是一个问题。 中国没有先例。 阻碍其应用的难点是装配式结构的标准化。 非标构件会显着增加制造成本，降低施工速度，失去预制装配式结构的优势。 如何让“不变”的预制节段梁适应异型变宽桥梁的“变化”？ 在对标准断面、变宽断面和匝道桥断面标准化研究的基础上，提出了“箱形分室、变宽桥断面”。 悬臂”完整的设计方案。
整个桥段概括为两个宽度不同的单箱单室段。 通过不同类型和数量的箱梁组合，并结合悬臂长度的变化，可以改变桥面宽度。 只需要两种主要类型的模板即可实现全线预制节段梁的生产。 标准化程度很高，充分发挥了节段梁的优势，解决了节段梁在变宽桥梁中的应用问题，突破了节段梁研制技术。 瓶颈。
◆ 结构标准化设计
根据节段梁的结构特点，提出了包括总体设计标准化和结构设计标准化两个层次的设计标准化。 总体设计主要考虑道路线形标准化和桥梁跨度标准化两项标准化设计； 在总体设计标准化的基础上，进行了结构断面标准化、管片类型标准化、预应力配置标准化、剪力键设置标准化、导向块标准化、锚齿块标准化6大标准化设计。 提出了适合城市桥梁的标准化节段梁断面，以及节片梁标准化设计体系，将全线桥梁仅分为两大节段类型，实现全线节段采用两套预制件的目标。模板。
图7 预制节段箱梁结构示意图
◆ 超高梯度断面设计
洪都大道主线曲线路段最小半径仅385m，且存在从双向2%横向坡度到单向3%横向坡度的超高坡度路段，构成了极大的优势。预制节段梁的设计和制造面临挑战。 为了保证道路弯道的超高精度，提出了节段扭转预制。 预制时严格控制管片两端面控制点标高。 即通过端模的扭转使预制节段的两个端面相对旋转，从而实现横向坡度坡度的扭转。 分段梁。
信息BIM技术协助
◆ BIM助力精细化设计
节片梁墩顶部横梁结构复杂，钢筋密集，施工中预埋件较多。 利用BIM技术对墩顶横梁、预制节段梁等复杂结构以及施工中的预埋件进行全面精细化建模和施工。 碰撞检测和虚拟现实交互指导现场施工全过程，并结合BIM技术成果优化设计，提高工作效率。
图8 BIM技术助力精细化设计
◆信息化助力高效管理
本工程预制规模大、数量大、工期紧。 预制厂和安装现场之间的工作协调困难。 信息化手段完整记录节段梁从预制到安装的全过程信息，保证节段梁信息在预制工厂和安装现场之间准确传输，实现全程可追溯，提高设计效率，保证施工进度。
桥梁工业化施工技术
工厂预制生产
根据国家建筑工业化和大力发展装配式建筑的战略部署，提出了基于“设计+施工”双重定位的快速建造装配技术。 从结构设计出发，考虑快速施工装配的结构类型、结构体系、预应力体系，以及总体设计标准化和结构设计标准化两个层面的标准化设计体系。
节段梁和钢箱梁均在工厂生产并在现场组装。 可以说，主线高架上部结构的工厂产能接近100%。 下部结构中的桩基、立柱也采用钢筋模块整体工厂化生产方式，大大提高了工程质量和施工速度。
图9 节段梁工厂预制及节段梁运输
快速装配施工
根据桥梁跨度和施工条件，因地制宜地选择施工工艺，选择逐跨拼装和悬臂拼装两种适宜的施工方法。 标准等宽路段采用双宽架桥机同时施工，变宽路段采用多箱多室“Z”型双宽架桥机同步架设，架设效率成倍提高，架桥机的重复利用率。
墩梁固结系统、单箱单室节片预制运输、双宽同步架设组装、基于体外预应力的混合束系统等，从设计标准化和施工速度两方面入手大幅提升组装和施工的速度。 很快达到了6天的跨度，10个月完成了节段梁的拼装，实现了装配式装配结构设计与施工的全面一体化。
图10 交叉口大跨悬臂拼装
图11 节段梁拼装施工现场
精致的全生命周期设计
精致的设计
设计细节深度融入以人为本的设计理念，采用隐式排水设计，兼顾桥梁景观和运营期间的维护性能。 采用预制护栏，造型美观，施工方便。 采用降噪梳板伸缩缝降低城市高架桥噪声。 人行道铺设环保生态透水路面，提高行人舒适度。
全生命周期设计
在设计方案的选择上也考虑了整个生命周期的运行和维护。 所有桥梁均设置人孔，实现维修通道连续，维修无死角。 体外预应力钢腱采用单一可更换缆索系统，可在全生命周期内进行检查和更换，并可监测桥梁的运行应力状态。 更换轴承不仅成本更高，而且还会限制交通，产生社会影响。 洪都大道主线高架标准段采用中墩固结、侧墩设支撑的刚架体系。 这样就减少了50%的支撑数量，可以显着减少后期运营过程中更换支座的不利影响，减少桥梁维护。 成本。
设计单位专门设立科研项目进行技术研究。 在解决洪都大道各项工程技术难题的同时，也极大提升了我国城市桥梁工业化建设水平。 解决了城市高架节段梁设计技术、预制技术、施工技术等技术瓶颈，成功申请发明专利6项。 同时，技术成果也已转化为行业技术标准。 其中体外预应力极限承载力、胶缝受压计算修正等研究成果已纳入住房和城乡建设部《节片式预制装配式混凝土桥梁技术标准》和上海市政府《设计》分段预制装配式预应力混凝土桥梁标准”。
洪都大道工程作为分段拼装桥梁示范工程，技术含量高、设计理念先进、社会反响良好。 该项目解决了城市高架桥节片梁的技术瓶颈，推动了节片梁技术的发展，极大提高了我国在城市桥梁领域的工业化建设水平。
本文发表/《桥梁》杂志2019年第3期，总第89期
作者/吴东升 路永成启新
作者单位/二手钢结构综述
