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    新型復合材料拱形公路橋,替代傳統橋梁建設,具有成本效益和可持續性
    發布時間:2021-08-18
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    最近,華盛頓州杜瓦爾附近成功組裝了一座新型復合材料拱形公路橋。該橋由華盛頓州交通部(WSDOT)設計并監督制造。當局對這種替代傳統橋梁建設、具有成本效益和可持續性的方案贊不絕口。

     

    就在不久前,一項聯邦禁令要求華盛頓州交通部在2030年前在該州西北部的州立公路下重建約400個魚欄。這些魚欄會取代公路和橋梁下的現有涵洞,不僅可以使水流自由流動,還可以讓鮭魚、庫克魚、奇努克魚和鋼頭魚輕松游過,達到恢復自然溪流棲息地的目的。

     

    魚欄最初計劃采用地下結構方案,由預制混凝土制成的分體式箱涵能較好滿足該需求,但制造如此大需求量的預制構件將使該州生產能力緊張。于是,華盛頓交通部考慮了其他方案,并選擇了先進基礎設施技術公司(Advanced Infrastructure Technology / AIT)旗下的AIT橋梁公司(AIT Bridges)的復合材料橋梁結構。該公司發展了最初由緬因大學先進結構和復合材料中心為軍隊開發的復合材料橋拱技術,并且還開發了可以鋪放到橋拱上的玻璃纖維增強塑料制成的橋面板。

     

    AIT橋梁公司在其位于緬因州布魯爾的工廠生產空心管狀橋拱(GArches)和玻璃纖維增強塑料橋面板(GDeck)?,F場只需要進行簡單組裝,將橋面板覆蓋到橋拱上,然后再填上鋼筋混凝土即可。自2008年以來,該公司已經組裝了30個復合材料橋梁結構,大部分在美國東海岸。

     

    杜瓦爾的這座50英尺長的橋位于203號州際公路上的盧茨溪上。由于場地陡峭,建造一座預制橋需要租用和運輸大型起重機來將橋體吊裝到位。然而,對于復合材料部件,總承包商古德費羅兄弟(Goodfellow Brothers)只需要一臺叉車和若干帶子。華盛頓州交通部橋梁和結構工程師馬克·蓋恩斯說:"應用復合材料結構部件為項目節省了一大筆錢,因為動員各種資源去調動大塊的混凝土是非常昂貴的操作。

     

    復合材料橋梁結構的另一個好處是它們的長壽命和低生命周期成本。AIT橋梁集團總裁兼總工程師肯·斯維尼說:“如果橋梁結構能有超過百年的壽命,而且后期維護量非常小,這是可持續性問題考量的重要突破。長期來看,混凝土橋會產生裂縫,內部的鋼筋結構會生銹,最終會污染橋梁下方的水域。但這些都不會發生于應用復合材料的橋梁結構中。此外,與混凝土預制結構相比,建造復合材料橋梁所需的材料更少。”

     

    在將獨家合同授予AIT橋梁公司之前,華盛頓州交通部仔細審查了所有關于復合材料橋拱抵御火災和漂浮木頭等物體撞擊的能力的工程數據。蓋恩斯表示:“地震也是一個關注點。這次項目是我所知道的第一次在高地震區使用復合材料橋拱,所以我們想確保它符合抗震設計要求。我們向AIT橋梁公司拋出了許多有難度的問題。但最后,他們對我們提出的所有問題逐一進行了回答,我們也就能更放心地推進項目了。"

     

    分析結果顯示,復合材料橋梁可以應對幾乎任何危險情況。斯維尼表示:“我們發現這座橋實際上比現在的傳統結構更具抗震性,剛性混凝土結構不能輕易地隨著地震波移動,而柔性的復合材料橋拱可以隨地震波搖擺,然后回到原來的位置。這是由于在復合材料橋梁結構中,混凝土鋼筋嵌套在空心管道里,可以在空心管道移動并得到緩沖。為了進一步加強橋梁,AIT用碳纖維加固了連接橋拱和混凝土基座的錨。”

     

    本項目的12個橋拱每個都有300磅重,跨度最大54英尺。為了把它們運到工作現場,AIT把它們切成兩半,并做了一個套筒,在現場把它們拼接起來。兩輛平板車將它們運往全國各地,在三天的運輸過程中不需要有關部門重量或尺寸的額外許可。41塊拉擠的玻纖增強塑料橋面板,總跨度為49英尺,采用AIT的設計,并由Creative Pultrusions公司制造,用的另一輛卡車運送。

     

    總承包商為了給復合材料橋梁組裝創造空間,清除了現場26,000立方碼的土。一旦場地準備就緒,一周半的時間就完成了組裝。在復合材料橋拱和橋面組裝完成后,承包商在這個基礎上建造了一個瀝青路面,以承載更大的交通流量。這座耗資820萬美元的大橋最終于2020年8月重新通車,而這條路段僅封閉了30多天。華盛頓交通部蓋恩斯對工程如此迅速完工表示贊賞:“盡管我們知道這在現場會很快被搭建起來,但其迅速程度還是讓我們感到驚訝。”

     

    隨著項目的成功,華盛頓州交通部更新了其橋梁規格標準,允許建造更多的復合材料橋梁。斯維尼也希望大家能體驗到復合材料橋梁提供的諸多好處,鼓勵西海岸進一步采用復合材料橋梁結構。加州將是AIT橋梁公司的下一個拓展目標。(來源:中國復合材料工業協會資訊)

     

      

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