節(jié)段預制拼裝橋梁研究綜述

彭華春,張康康,時 松,何 偉

(1.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063； 2.華北水利水電大學,鄭州 450045；3.許昌建設(shè)投資有限責任公司,河南許昌 461000)

1 概述

節(jié)段預制拼裝橋梁由于具有高質(zhì)量、高效益、更環(huán)保等優(yōu)點，體現(xiàn)了當今社會綠色、低碳、可持續(xù)的發(fā)展理念，應用日趨廣泛[1]。節(jié)段預制拼裝橋梁技術(shù)的基本思想是“先化整為零，后化零為整”，即將橋梁整體劃分為多個節(jié)段，在工廠預制完成后再運至施工現(xiàn)場進行組裝，最后施加預應力。在預應力與剪力鍵共同作用下，接縫傳遞剪力和彎矩，最終使預制節(jié)段梁成為一個整體。節(jié)段預制拼裝技術(shù)最早出現(xiàn)在法國，1946年地處法國的Luzancy橋是首座采用節(jié)段預制拼裝技術(shù)的橋梁；1962年同樣是地處法國的Choisy-le-Roi橋首座采用了短線法的節(jié)段預制橋梁，隨后在解決了預應力筋的腐蝕問題后，節(jié)段預制拼裝技術(shù)在世界各地得到迅速發(fā)展。在國內(nèi)，20世紀60年代成昆鐵路舊莊河1號橋采用了節(jié)段預制拼裝技術(shù)建造，但由于施工設(shè)備和技術(shù)落后，導致該技術(shù)未能在國內(nèi)得到推廣應用。直到20世紀90年代后期，隨著我國橋梁和相關(guān)科學技術(shù)的發(fā)展，節(jié)段預制橋梁拼裝技術(shù)才開始在國內(nèi)諸多領(lǐng)域推廣應用，如蘇通大橋、黃韓候芝水溝大橋和新瀏河大橋等，如圖1～圖3所示，更多國內(nèi)采用節(jié)段預制拼裝法典型橋梁如表1所示。但從整體來看，采用節(jié)段預制拼裝技術(shù)的橋梁占我國每年所建橋梁總量的比例極少，應用范圍與其技術(shù)優(yōu)勢完全不匹配，關(guān)于節(jié)段預制拼裝橋梁技術(shù)的研究在國內(nèi)依然不夠成熟[2]。

圖1 蘇通大橋

圖2 黃韓候鐵路芝水溝大橋

圖3 新瀏河大橋

表1 國內(nèi)采用節(jié)段預制拼裝法典型橋梁

近年來，關(guān)于節(jié)段預制拼裝橋梁研究國內(nèi)外有較豐富的研究成果，張立青等[2]、JOHN J·Sun[3]、陳彪[4]、王春明[5]先后對節(jié)段預制拼裝橋梁技術(shù)進行了研究。本文主要為短線法節(jié)段預制橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體受力性能、接縫性能、施工關(guān)鍵技術(shù)和施工仿真分析等方面的研究成果綜述。

2 節(jié)段預制橋梁整體性能研究

節(jié)段預制拼裝橋梁具有質(zhì)量高、施工工期短、施工條件廣、對交通影響小等優(yōu)點，但與傳統(tǒng)橋梁相比其整體性較差[6]。目前，國內(nèi)外關(guān)于節(jié)段預制拼裝橋梁整體性能的研究主要集中在耐久和疲勞性能研究、彎剪扭及彎剪扭復合作用研究、抗裂性能研究和力學性能等方面。

在耐久和疲勞性能研究方面，2005年張燕飛等[7]對國內(nèi)外節(jié)段預制拼裝橋梁腐蝕問題及耐久性設(shè)計研究情況進行了探討；2009年CLIFFORD[8]研究了大跨度節(jié)段拼裝橋梁的耐久性；2012年羅鳴等[9]針對節(jié)段梁接縫和預應力筋耐久性設(shè)計進行了研究，提出了耐久性設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，研究表明，接縫數(shù)量和位置、剪力鍵設(shè)計、環(huán)氧樹脂膠性能均會對接縫耐久性造成影響，體內(nèi)預應力橋梁應嚴格控制預應力孔道灌漿制梁，體外預應力橋梁應進行減振和防腐設(shè)計；2019年鄭萬成[10]也做了耐久性設(shè)計相關(guān)的研究；鄭強[11]研究了節(jié)段預制膠接拼裝橋梁的疲勞性能，結(jié)果表明，節(jié)段預制膠接拼裝橋梁在循環(huán)荷載作用下的疲勞破壞，是由于預應力筋率先疲勞斷裂導致的受彎脆性破壞；適當提高預應力水平，能夠在一定程度上避免疲勞裂縫的開展及延伸，并采用ABAQUS建立了有限元模型，有限元計算結(jié)果與試驗結(jié)果較吻合。

在彎剪扭作用研究方面，2003年李學斌等[12]通過對節(jié)段拼裝橋梁建立ANSYS三維有限元模型，研究了體外預應力混凝土橋梁受力特征和正截面彎曲破壞形態(tài)；分析了預應力筋尺寸和布置位置對節(jié)段預制拼裝橋梁的影響等。

2007年李國平等[13-15]分別做了體外預應力混凝土簡支梁橋和連續(xù)梁橋的剪切、彎曲性能試驗研究和抗剪承載力計算，以接縫形式、配箍率、剪跨比和體內(nèi)外預應力配筋比為變量，給出了模型梁應力和撓度隨荷載的變化規(guī)律，以及破壞過程及形態(tài)，并推導了接縫截面抗剪承載力計算公式。同年，柳慧芬等[16-17]又進行了三跨和不同施工方法下預應力混凝土連續(xù)梁彎曲性能試驗研究，研究表明：在加載時會發(fā)生應力重分布，其方向均朝向加載跨反方向，且最大值并非在破壞時出現(xiàn)；不同施工方法雖然會影響其應力重分布規(guī)律，但對最終破壞模式?jīng)]有影響。

2010年JIANG等[18]對節(jié)段預制體外預應力拼裝橋梁進行了力學分析。該研究采用類似體內(nèi)預應力結(jié)構(gòu)的分析方法，對體外預應力混凝土橋梁進行了彎曲和剪切性能研究。2011年NGUYEN等[19]研究了體外預應力筋混凝土梁的抗剪性能，研究表明：體外預應筋彎折段比直線段的抗剪承載力高；整梁不僅受接縫的影響還受體外預應力筋錨固位置影響。

2020年盧文良等[20]通過研究節(jié)段預制膠接拼裝構(gòu)件的彎折強度，結(jié)果表明：構(gòu)件的彎折破壞是脆性破壞；彎折強度在4.8～6.0 MPa之間。該研究可為節(jié)段預制膠接拼裝橋梁抗裂設(shè)計提供參考。

2020年YAN等[21]提出了一種新的高效數(shù)值模型，用于分析節(jié)段預制拼裝橋梁在各種彈塑性加載狀態(tài)下的抗彎性能。該模型是由混凝土箱梁節(jié)段單元、鋼筋單元和接縫單元等三部分組成的梁-筋單元混合模型。作者推導了有限元計算公式，并提出了修正方法，通過比較幾個足尺模型的實驗結(jié)果，結(jié)果表明，該模型具有較好的適用性和計算效率。

在彎剪扭復合作用方面，2003年黃真等[22]研究了節(jié)段預制無黏結(jié)預應力混凝土箱梁在彎剪扭復合作用下的計算模型和破壞機理。結(jié)果表明：在純彎和純扭作用下節(jié)段預制梁比整體澆筑梁的極限承載能力分別降低15%和8%；提出了節(jié)段預制橋梁在彎扭剪作用下的計算模型和極限承載力計算公式。

2013年袁愛民等[23]根據(jù)對1:10縮尺橋梁模型進行試驗，研究了節(jié)段預制預應力混凝土箱梁在彎剪復合作用下的橋梁變形、裂縫等問題。結(jié)果表明：彎剪復合作用下節(jié)段梁與整體澆筑梁具有明顯的不同破壞模式；配束比不同的試件破壞模式也有明顯差別，配束多的是以剪切為主的彎剪破壞，配束少的是以彎曲為主的彎剪破壞，均屬延性破壞。2015年他和吳聞秀等[24]根據(jù)對3根不同配束比試件的極限承載能力試驗，研究了配束比對節(jié)段預制橋梁受彎性能的影響。

2018年文暢霆[25]研究了節(jié)段預制拼裝橋梁在以剪切為主的彎剪復合作用下的受力性能。該研究通過使用ABAQUS軟件對橋梁進行有限元數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果相比較，結(jié)果表明數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果符合較好；剪跨比、正應力水平、預應力類型等都會對橋梁的受力性能造成影響；接縫處混凝土彈性模量越小，橋梁結(jié)構(gòu)越不安全。

在抗裂性能研究方面，2005年MOON等[26]研究了節(jié)段預制箱形橋梁在施工中的裂縫控制。通過對在底板處出現(xiàn)裂縫的某節(jié)段預制橋梁進行研究，參數(shù)化分析了預應力張拉順序、底板厚度、預應力束位置對橋梁截面的影響。研究結(jié)果表明：裂縫是由于節(jié)段拼裝時臨時預應力張拉過度造成的；底板厚度和預應力束的位置對橋梁截面影響較大，與預應力張拉順序無關(guān)；并提出了預防裂縫產(chǎn)生的施工方法。2016年曹增華[27]根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范提出了節(jié)段預制拼裝橋梁抗裂性計算公式，研究發(fā)現(xiàn)斷面處理方法和清理程度對橋梁抗裂性能具有一定影響。

在結(jié)構(gòu)力學性能研究方面，1995年HINDI等[28]研究了節(jié)段預制拼裝橋梁體內(nèi)預應力灌漿與否對橋梁造成的影響。對按等比例縮小的三跨節(jié)段箱梁橋模型進行試驗研究，結(jié)果表明，在對體內(nèi)預應力鋼束進行灌漿后能夠保護預應力筋，避免預應力筋被腐蝕，提高橋梁的強度。

2016年楊樹民等[29]提出了通過分析模型試驗梁的靜力反應和應力狀況，以驗證節(jié)段預制膠拼鐵路橋梁在正常使用和施工時是否滿足設(shè)計要求，結(jié)果表明，梁體抗彎承載力、抗剪承載力、撓跨比、梁端轉(zhuǎn)角、自振頻率滿足規(guī)范要求，實測豎向抗彎剛度比計算剛度小7.2%。

2018年石雪飛等[30]對全體外預應力節(jié)段預制拼裝連續(xù)梁橋足尺模型試驗研究，全面研究了該結(jié)構(gòu)“1跨+1/3跨”試驗梁設(shè)計方案的施工全程的受力性能，研究表明：該設(shè)計方案能較好地展現(xiàn)連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)性能，節(jié)段梁在施工時處于彈性狀態(tài)，體外束與體內(nèi)束箱梁的縱向應力分布相差較大，體外束箱梁的跨中斷面縱向應力更均勻。2020年馬祖橋等[31]根據(jù)試驗梁足尺模型研究了在不同工況下橋梁變形、關(guān)鍵截面和轉(zhuǎn)向塊受力狀態(tài)，研究結(jié)果表明，該類型橋梁具有良好的抗裂性能，各部件在使用狀態(tài)下受力狀態(tài)良好。

2020年桂水榮等[32]對節(jié)段預制拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋力學性能進行了研究；2020年蘇偉等[33]在對鐵路節(jié)段膠接拼裝橋梁的研究中，對梁體剛度計算按0.9的系數(shù)進行了折減，提出了剛度、抗裂計算等技術(shù)指標建議。

在關(guān)于節(jié)段預制拼裝橋梁整體性能方面的研究，實際上接縫邊緣的環(huán)氧樹脂膠長時間隨環(huán)境變化會發(fā)生老化，從而引起其力學性能退化或與混凝土之間粘結(jié)失效，因而，對結(jié)構(gòu)膠老化和膠-混界面老化問題需進行一定研究。

3 節(jié)段預制橋梁接縫研究

節(jié)段預制拼裝橋梁接縫是整個橋梁的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是最為薄弱的部位，接縫的類型有平接縫、干接縫、濕接縫和膠接縫等，美國AASHTO[34]規(guī)范認為在接縫處由剪力鍵和摩擦力來共同傳遞剪力，抗剪承載力計算式為

(1)

式中，Ak為剪力鍵根部面積；Asm為接觸部分混凝土面積；fck為混凝土標準抗壓強度；σn為接縫面平均壓應力水平。

在節(jié)段預制拼裝橋梁接縫抗剪性能方面，1983年KOSEKI等[35]研究了節(jié)段預制橋梁接縫的抗剪性能，對多種類型接縫進行了系統(tǒng)試驗研究，結(jié)果表明，膠接縫試件和整體現(xiàn)澆試件的抗剪性能大致相同，試件破壞形式為腹板或支座處混凝土受壓破壞；干接縫試件抗剪性能低于整體澆筑式，試件破壞形式為接縫處發(fā)生滑移或剪力鍵剪斷破壞。

1990年BUYUKOZTURK等[36]在對節(jié)段預制拼裝橋梁抗剪強度的研究基礎(chǔ)上又增加了對接縫處變形性能的研究。根據(jù)不同預應力、接縫類型、膠接縫厚度等一系列試件試驗結(jié)果，可以看出：試件的抗剪能力隨預應力增大而增強；干接縫抗剪強度低于膠接縫抗剪強度；膠接縫的強度和剛度受所涂環(huán)氧樹脂厚度影響較小。并且根據(jù)試驗數(shù)據(jù)結(jié)果和抗剪設(shè)計規(guī)范，提出了不同類型接縫的抗剪強度計算公式。

1997年汪雙炎等[37]根據(jù)節(jié)段預制拼裝橋梁剪力鍵模型試驗，研究了剪力鍵不同連接方式的受力特點，對比了不同多鍵齒的抗剪性能。2004盧文良[38]采用ANSYS有限元分析軟件對其試驗進行了仿真分析，分析結(jié)果與試驗吻合較好。

2005年ZHOU等[39]根據(jù)試驗結(jié)果提出，在使用AASHTO規(guī)范公式計算多齒鍵接縫抗剪承載力時應對其進行折減，但沒有詳細介紹折減機理和折減系數(shù)計算方法；2013年ALCALDE等[40]根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，得到增加剪力鍵的數(shù)量會降低接縫抗剪承載力，并推導了抗剪承載力回歸公式；2015年JIANG等[41]根據(jù)試驗發(fā)現(xiàn)，剪力鍵的布置形式會影響接縫抗剪承載力。從以上研究可知，在多齒剪力鍵中存在剪力分布不均勻現(xiàn)象。2019年沈殷等[42]研究了考慮剪力分布不均勻情況下節(jié)段預制橋梁接縫剪力鍵抗剪性能，提出了多齒鍵根部剪應力分布的不均勻系數(shù)，并對AASHTO抗剪強度計算公式進行了修正，根據(jù)與有限元計算結(jié)果對比，驗證了公式的準確性，修正公式與試驗結(jié)果誤差在5%以內(nèi)。

2010年JIANG等[18]在考慮體外預應力二次效應的基礎(chǔ)上，提出了接縫承載力計算公式，并采用ANSYS進行數(shù)值模擬，驗證了公式的合理性。后又對干接縫以及具有鋼纖維混凝土的干接縫性能進行了研究。2018年又研究了剪跨比、接縫類型(整體式、干接縫和膠接縫)、接縫數(shù)量和接縫位置對接縫剪切性能的影響[43]。

2012年ASKAR等[44]對節(jié)段預制拼裝橋梁接縫的抗剪強度和變形進行了試驗研究，考慮了混凝土節(jié)段試件之間的滑移、剪力鍵的破壞模式以及試件之間的水平移動，研究表明，增加剪力鍵的數(shù)量能降低試件撓度和節(jié)段之間的滑移，當預應力水平增加時，承載能力也會增加。

2019年AHMED等[45-46]以節(jié)段預制箱梁橋為研究對象，對不同類型接縫直剪作用下的抗剪性能、裂紋擴展和變形進行了試驗研究。結(jié)果表明，圍壓和剪力鍵數(shù)量增加，可提高橋梁的剛度和延性，環(huán)氧樹脂可使接縫缺陷最小化，并使剪應力均勻分布，膠接縫的抗剪承載力始終高于干接縫，膠接縫破壞表現(xiàn)為突發(fā)性和脆性，AASHTO設(shè)計準則高估了多鍵干接縫的抗剪承載力。

2020年WRAYOSH[47]研究了箱形節(jié)段梁受彎時不同類型接縫的力學性能，在循環(huán)荷載和靜荷載下試驗結(jié)果顯示，干接縫的破壞主要發(fā)生在接縫處，膠接縫和碳纖維、鋼纖維加固的接縫破壞主要發(fā)生在鄰近接縫處。

2011年李國平[48]提出了預制節(jié)段式預應力混凝土橋梁抗剪承載力計算方法，根據(jù)預制節(jié)段式橋梁不同接縫的接縫截面破壞形式，分別給出計算假定和計算圖示，并推導出兩種不同接縫的截面抗剪承載力計算公式。該方法在進行預制節(jié)段式預應力混凝土橋梁抗剪承載力計算方面，計算速度快，具有良好的實用性。2013年又研究了接縫在受剪切和彎曲復合作用時力學性能，根據(jù)試驗結(jié)果，分析了荷載位于接縫附近時干接縫和膠接縫的彎剪復合機理。此外，還提出了干接縫和膠接縫在彎剪復合作用下的破壞模式，在此基礎(chǔ)上，推導出接縫發(fā)生破壞時承載力計算公式，為剪力和彎曲復合作用下接縫承載力提供了合理的預測方法[49]。

2014年袁愛民等[50]研究了剪力鍵鍵齒深和和鍵齒距對節(jié)段預制橋梁剪切性能的影響。結(jié)果表明：破壞類型屬于脆性破壞，剪力鍵鍵齒深和鍵齒距對節(jié)段預制橋梁剪切性能無直接影響，主要與直剪破壞面積有關(guān)。為減小節(jié)段預制、拼裝難度，可增大鍵齒間距。2018年他和符俊東等[51]研究了配筋剪力鍵剪切性能的影響，研究表明：對鍵齒進行配筋可提高剪力鍵抗剪承載能力，并可有效避免剪力鍵的脆性破壞，同時提出了剪力鍵直剪承載力公式。明確了膠接縫的破壞模式，且可以預估其極限承載能力，但作者只進行了直剪試驗研究，未進行彎剪復合作用下的力學性能研究。

2015年KIM等[52]對預制節(jié)段梁隨養(yǎng)護時間變化時剪力鍵的性能進行了試驗研究，分析了剪力鍵的開裂破壞行為，并對剪力鍵的抗剪強度特征和荷載-豎向位移關(guān)系進行了對比分析。研究表明：隨著養(yǎng)護時間延長，剪力鍵的抗壓強度和抗拉強度均增大，剪切鍵的破壞模式會隨著養(yǎng)護時間延長而發(fā)生變化。研究結(jié)果為確定節(jié)段橋梁適當裝配時間提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

SHAMASS[53]、LIANG[54]和閆澤宇[55]等均對膠接縫剪切性能進行了有限元數(shù)值分析，2016年SHAMASS模擬了單鍵和多鍵膠接縫，研究發(fā)現(xiàn)，混凝土抗拉強度對接縫的抗剪能力和極限荷載下的位移有顯著影響，并修正了以往的單鍵膠接縫抗剪強度經(jīng)驗公式。2017年LIANG等在該分析中將環(huán)氧樹脂看作是線彈性材料，將有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果相比較，并通過改變環(huán)氧樹脂的彈性模量和預應力來評估接縫的剪切性能，結(jié)果表明：接縫的有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。2019年閆澤宇采用ABAQUS軟件模擬了膠接縫的受力情況，研究表明：UPHC單鍵抗剪承載力高于平接縫抗剪承載力，膠接縫剪力鍵破壞屬于脆性破壞。前兩者研究發(fā)現(xiàn)當環(huán)氧樹脂彈性模量超過混凝土的25%后，接縫極限抗剪強度將不再改變，后兩者研究發(fā)現(xiàn)正應力水平越大，接縫抗剪承載能力越高。

在接縫其他性能研究方面，2007年ISSA等[56]通過常溫固化型和低溫固化型環(huán)氧樹脂膠接試件模型進行試驗研究，并采用有限元分析方法進行數(shù)值模擬，兩者結(jié)果比較吻合，研究表明：常溫固化型試件比低溫固化型試件的膠接縫抗剪承載能力高28%；疲勞荷載對預應力筋的受力性能影響較??；并提出了AASHTO公式低估了單鍵齒的抗剪強度。

2006年張新等[57]以蘇通大橋為背景對節(jié)段預制拼裝接縫密封性能進行了研究，結(jié)果顯示采用真空輔助壓漿工藝可有效避免漿體收縮產(chǎn)生空隙的風險。

2016年隋國嵩等[58]對沿海地區(qū)不同膠接縫膠接材料和孔道密封性能進行了研究。研究表明：膠接縫宜用西卡雙面涂膠，塑料波紋管成孔，孔道宜用不開槽發(fā)泡聚乙烯密封。同年李學斌等[59]研究了節(jié)段拼裝橋梁膠接縫環(huán)氧樹脂的抗拉強度，提出了通過軸向抗拉試驗研究膠接縫的抗拉極限強度的方法。

2019年盧文良等[60]研究了節(jié)段預制拼裝橋梁的膠接縫厚度對橋梁的影響。根據(jù)某節(jié)段預制橋梁施工工藝，預設(shè)了不同膠縫厚度的試驗構(gòu)件，試驗結(jié)果表明，過厚的膠接縫會降低橋梁的整體剛度，且會增大預應力損失。

已有研究顯示，在進行橋梁接縫抗剪性能研究時，不考慮鍵齒剪應力分布不均，計算橋梁抗剪承載力時會產(chǎn)生一定誤差。因此，實際工程中不應忽略多鍵齒剪力分布不均勻造成的影響，在后續(xù)研究中應加大對接縫在彎曲及彎剪復合作用下的力學性能研究。

4 節(jié)段預制橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

與傳統(tǒng)橋梁相比，節(jié)段預制拼裝橋梁的施工工藝更為復雜，且對工程施工質(zhì)量要求更高。節(jié)段預制拼裝技術(shù)是一種在城市建設(shè)施工過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)零污染、零排放、低噪聲的關(guān)鍵技術(shù)。節(jié)段預制拼裝橋梁關(guān)鍵技術(shù)主要包括節(jié)段預制、節(jié)段拼裝和線形控制。節(jié)段梁預制有2種施工工藝，分別為長線法和短線法，當前適用性最廣的為短線法施工。本節(jié)主要介紹采用短線法的節(jié)段預制拼裝橋梁相關(guān)研究。

節(jié)段拼裝方法有逐跨拼裝法和懸臂拼裝法[61]。在節(jié)段預制與拼裝技術(shù)方面，公路橋梁應用中，2009年陳鈺晶[62]、金任興[63]、張振華[64]和陳禮忠[65]等以上海長江隧橋工程為背景，分別研究了節(jié)段梁短線法預制施工工藝、懸臂拼裝施工工藝、架橋機技術(shù)參數(shù)與施工工藝和臨時固結(jié)與合龍施工技術(shù)。2012年彭德運等[66]研究了采用逐跨拼裝法施工的節(jié)段梁預制和架橋機架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)。2013年王敏等[67]結(jié)合廈漳跨海大橋，研究了采用上行式雙導梁架橋機對曲面箱梁進行拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)。

在鐵路橋梁應用中，2007年侯建軍[68]以包西鐵路黃河特大橋為背景，研究了箱梁設(shè)計參數(shù)選定，提出了施工關(guān)鍵技術(shù)，并進行了結(jié)構(gòu)驗算、濕接縫拉彎試驗、管道摩阻試驗和雙球面減震支座等研究。研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)段預制拼裝技術(shù)在保證橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時，也能夠減少工期，降低成本。2009年海占忠[69]結(jié)合廣州市軌道交通四號線連續(xù)梁橋，研究了預制節(jié)段懸臂拼裝施工工藝，介紹了架橋機組裝、合龍施工技術(shù)，以及膠接縫、濕接縫拼裝施工技術(shù)。2010年馮延明[70]研究了上行式移動支架造橋機，介紹了一種上行式支架造橋機懸臂施工工藝、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、關(guān)鍵技術(shù)和施工特點。2013年歷付[71]以大馬鐵路七里溝特大橋為背景，介紹了節(jié)段預制拼裝橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝，并采用BSAS軟件對施工和運營階段進行了計算分析，為同類工程工期控制提供了借鑒。2016年楊樹民[72]研究了在節(jié)段拼裝橋梁膠接法施工梁段預制關(guān)鍵技術(shù)，以黃韓侯鐵路芝水溝特大橋為研究背景，分別對預制方案的選擇、預應力孔道定位、線性控制、混凝土隔離劑配比設(shè)計等多項關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)研究。2019年施威[73]、張雷[74]等對節(jié)段預制膠拼橋梁建造技術(shù)進行了研究，兩者均對其結(jié)構(gòu)設(shè)計、拼裝工藝和結(jié)構(gòu)驗算等進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)通過增加跨中和邊跨等高段長度，能夠便于施工，降低成本。前者同時研究了結(jié)構(gòu)預應力布置和工程參數(shù)，節(jié)段之間采用喇叭狀異形波紋管密封，確保完全密封，便于施工；采用節(jié)段預制拼裝法的預應力含量高于懸臂澆筑法。后者提出了半聯(lián)滿掛的拼裝工藝，并研制了用于雙線簡支梁和連續(xù)梁橋架設(shè)拼裝的節(jié)段拼裝造橋機；采用MIDAS Civil軟件進行驗算，提出了新的節(jié)段預制拼裝橋梁構(gòu)造措施、驗算標準和拼裝要求。在此基礎(chǔ)上，對節(jié)段預制懸臂拼裝和懸臂澆筑的經(jīng)濟性進行對比，研究表明，在橋長大于1 km時采用節(jié)段預制懸臂拼裝方法經(jīng)濟性更高。

線形控制在橋梁施工過程中主要包括節(jié)段預制線形控制、節(jié)段拼裝線形控制和預應力張拉后線形控制。在線形控制技術(shù)方面，2008年方蕾等[75]采用直接調(diào)整法，提出了在局部坐標系下誤差調(diào)整的方法；2016年周凌宇等[76]基于空間坐標變化基本原理，提出了在整體坐標系下誤差分析和修正的計算方法；2014年侍剛等[77]提出了基于非線性最小二乘法的短線匹配節(jié)段預制誤差修正方法；2014年張興偉等[78]通過采用線形控制網(wǎng)來進行節(jié)段架設(shè)拼裝階段的線形控制；2017年劉海東等[79]基于三維空間坐標系，對大曲率短線匹配連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制，提出了幾何線形的調(diào)整和計算方法；2018年陳昊等[80]采用固定端模中心為基準點，三角高程法進行高程控制的方法提高了匹配測量的效率；2020年謝兵林等[81]提出了節(jié)段拼裝線形偏差預測直接法、斜率法和可視化法，并研發(fā)了基于MATLAB的節(jié)段拼裝線形控制系統(tǒng)。

2010年鄭平偉等[82]以嘉紹跨江大橋為背景研究了短線法拼裝施工時線形控制影響分析，研究表明，影響拼裝線性的主要因素是節(jié)段梁自重和預應力；2019年李琪勇等[83]對影響階段預制拼裝的施工因素進行了研究，研究表明，相鄰節(jié)段梁齡期差異、環(huán)氧樹脂涂抹均勻程度和環(huán)氧樹脂涂抹厚度，以及預應力束的不對稱張拉均會對節(jié)段拼裝線形控制造成影響。

2011年黃躍等[84]通過對控制點坐標采用Excel規(guī)劃求解法、直接求解法和CAD繪圖法進行坐標轉(zhuǎn)換，再進行誤差修正，能夠精確地對節(jié)段梁匹配位置進行計算，并且對跨海大橋超高漸變段預制和安裝的線性控制技術(shù)進行了研究。2013年王敏等[85]又對空間扭曲梁預制線形控制進行了研究，采用一種逐步修正的優(yōu)化調(diào)整方案對預制節(jié)段控制點誤差進行修正，并解決了由于吊裝不平衡導致的偏重問題。

2014年GUAN等[86]以某輕軌施工為例，研究了短線法預應力混凝土連續(xù)梁橋預制和懸臂架設(shè)過程中的線形控制。通過有限元軟件MIDAS對橋梁施工各個階段進行仿真分析和計算，得出了橋梁極限內(nèi)力和變形值，最大變形值在誤差允許范圍內(nèi)。

2018年DAI等[87]從預制拼裝誤差處理和基于結(jié)構(gòu)變形參數(shù)分析的精度控制兩方面進行了研究，提高了短線法施工水平。

2020年QI等[88]提出了一種新型的四點距離控制系統(tǒng)，在預制階段配合水平儀和鋼帶進行線性控制，具有效率高、操作簡單、無需測量塔和目標等優(yōu)點。

可以看出，現(xiàn)有節(jié)段預制橋梁施工技術(shù)研究，成果主要集中在節(jié)段預制、節(jié)段拼裝和線形控制等方面，其中，重點多集中在節(jié)段梁短線法預制施工工藝、懸臂拼裝施工工藝、架橋機架設(shè)施工工藝研究；在線形控制方面，主要包括節(jié)段預制線形控制、節(jié)段拼裝線形控制和預應力張拉后線形控制研究等，均已取得了實用成果，但多數(shù)注重應用性，缺少相關(guān)原理理論研究。如在節(jié)段箱梁拼裝過程中，實際上節(jié)段梁質(zhì)量、混凝土彈模、存梁時長、預應力張拉、溫度變化、鋼筋松弛系數(shù)、大氣相對濕度等結(jié)構(gòu)參數(shù)均有一定影響，部分參數(shù)取值主要參考類似工程或憑經(jīng)驗，而與實際情況有一定誤差，因此，需進一步加強結(jié)構(gòu)參數(shù)對拼裝線形的影響程度的研究，以在施工中進行控制，確保拼裝精度。

5 節(jié)段預制橋梁施工仿真研究

為保證節(jié)段梁在澆筑、堆放、吊裝和拼裝時的安全，需對節(jié)段梁堆放、吊裝等施工過程進行仿真分析，以確保節(jié)段梁處于安全狀態(tài)。目前，眾多學者結(jié)合有限元數(shù)值模擬技術(shù)對此進行了一定研究。

2014年向南等[89]以蘇通大橋為研究背景，對預制節(jié)段梁吊裝進行了受力分析，研究了吊點應力隨著起吊速度變化的影響，結(jié)果表明，對節(jié)段梁進行起吊時會在吊點處產(chǎn)生較大的應力集中，最大值隨著加速度增加直線增長，因此，應該加強吊點位置的構(gòu)造。該文只對吊點位置進行分析，未對節(jié)段梁的其他部位進行研究分析。2019年羅甜等[90]以南京五橋為研究背景，對節(jié)段梁的堆放和吊裝進行了仿真分析。結(jié)果表明：單箱單室節(jié)段梁三層堆放滿足結(jié)構(gòu)受力要求，單箱雙室三層堆放不滿足結(jié)構(gòu)受力要求；單箱單室采用四點吊裝方式、單箱雙室需采用八點吊裝方式才能滿足結(jié)構(gòu)受力要求，采用多層存梁方式可加快存梁臺座的周轉(zhuǎn)，提高效率，減少梁場占地，降低施工成本。2019年劉祿通[91]對節(jié)段預制拼裝橋梁全橋施工過程進行了模擬，分析主梁拼接過程及預應力束張拉過程中不同因素對接縫截面應力的影響，結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換引起的吊桿力減小和架橋機剛度取值過大是導致接縫截面拉應力產(chǎn)生的主要原因，通過加強臨時束、二次補張吊桿、調(diào)整預應力束張拉順序和分批拆除吊桿等方法進行預防。

2013年梅秀道等[92]研究了節(jié)段梁拼裝施工時吊掛系統(tǒng)的受力情況，研究表明，預應力張拉完成后，會引起臨時吊桿力呈跨中減小、梁端增大的分布情況，因此，臨時吊桿應從中間至兩端對稱拆卸。2015年成仲鵬[93]結(jié)合西成客運專線漢江特大橋，采用有限元分析軟件MIDAS，研究了節(jié)段梁在拼裝施工預應力張拉前后橋梁的力學性能和架設(shè)完成后的收縮徐變效應，研究表明，節(jié)段預制拼裝橋梁比整跨預制梁收縮徐變效應小。

可以看出，現(xiàn)有研究主要集中在節(jié)段堆放、吊裝和部分拼裝過程。實際上節(jié)段拼裝橋梁從預制到拼裝，每個階段都要對節(jié)段梁進行結(jié)構(gòu)分析，以確保節(jié)段梁的安全，但對全過程施工結(jié)構(gòu)模擬與仿真分析研究較少。

6 節(jié)段預制拼裝橋梁研究發(fā)展趨勢

節(jié)段預制拼裝橋梁，貫徹了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念。使得橋梁構(gòu)件質(zhì)量、生產(chǎn)和施工效率均得到明顯增長；現(xiàn)場作業(yè)量和人力大幅減少，現(xiàn)場施工組織簡化且施工安全性提升；工地噪聲、粉塵污染等問題顯著減少，有效推動了行業(yè)的進步和創(chuàng)新發(fā)展，促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，節(jié)約了社會資源、工程造價和工期，是一種符合低碳節(jié)能、綠色環(huán)保的施工方法，且符合國家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展裝配式建筑的導向。近年來，國內(nèi)外對節(jié)段預制膠接拼裝橋梁的研究已經(jīng)取得了一定進展，節(jié)段預制拼裝橋梁在我國的應用日益廣泛，但在未來的工作中，仍需對以下工作進行更深入的研究。

(1)理論研究。目前國內(nèi)外對考慮彎、剪、扭復合作用下節(jié)段預制拼裝橋梁的靜動力特性研究較少；此外，為確保橋梁在100年的設(shè)計使用年限內(nèi)完成預定功能，需對接縫環(huán)氧樹脂膠耐久性及其性能進行研究；為指導并保證施工安全，對節(jié)段預制拼裝橋梁施工全過程進行更為詳細的理論分析更顯必要。因此，需進一步完善節(jié)段預制橋梁相關(guān)理論研究。

(2)規(guī)范制定。節(jié)段預制橋梁在國內(nèi)的發(fā)展已有50年左右，而國內(nèi)目前還缺少針對節(jié)段預制橋梁制定的序列規(guī)范，為更好地推廣節(jié)段預制橋梁在國內(nèi)的應用，制定相應的規(guī)范尤為重要。

(3)節(jié)段預制橋梁設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)研究。根據(jù)橋梁使用情況、場地環(huán)境等條件差異制定不同的設(shè)計與施工方案，以達到科學、合理、經(jīng)濟、可行，需加大對設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)研究。

(4)信息化管理。將節(jié)段預制拼裝技術(shù)與現(xiàn)代BIM技術(shù)相結(jié)合，以保證施工質(zhì)量、提高工程進度和降低成本，實現(xiàn)全生命周期發(fā)展目標也是值得研究的。

7 結(jié)語

節(jié)段預制拼裝施工技術(shù)促進了我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，推動了管理智能化、信息化，提升了環(huán)保、可持續(xù)理念，具有極大的社會效益，引領(lǐng)了橋梁建設(shè)的發(fā)展方向。根據(jù)節(jié)段預制橋梁的整體性能、接縫技術(shù)、施工關(guān)鍵技術(shù)和施工仿真分析等國內(nèi)外研究成果進行了綜述，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)膠老化和膠-混界面老化，鍵齒剪應力分布不均，接縫在彎曲及彎剪復合作用下的力學性能研究不足，缺少節(jié)段預制橋梁施工技術(shù)相關(guān)原理理論研究，全過程施工結(jié)構(gòu)模擬與仿真分析研究較少等問題。根據(jù)國內(nèi)目前對節(jié)段預制橋梁技術(shù)研究的現(xiàn)狀，從完善節(jié)段預制拼裝橋梁相關(guān)理論研究；制定節(jié)段預制橋梁相應規(guī)范；加大對設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)研究；加強信息化管理，實現(xiàn)全生命周期發(fā)展等方面展望了節(jié)段預制拼裝技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢，希望對節(jié)段預制拼裝橋梁研究提供參考。