刘成才，邢善民，覃兆民，等：ＧＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 ＧＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 刘成才１．２，邢善民３ ５Ｈ￣Ｌ＂－民’。李西芝ｚ （１．河海大学土木交通学院，江苏南京２１００９８； ２．中设设计集团股份有限公司，江苏南京２１００１４； ３．北京玻璃钢院复合材料有限公司，北京１０２１０１） 摘要：结合１ｉｔ内最大ＧＦＲＰ复合材料桁架桥项目实施过程，对其制造、安装及验收过程进行总结．促进此类桥 梁的推广应用。 关键词：纤维复合材料；ＧＦＲＰ；桁架桁；制造；验收 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ＧＦＲＰ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｒｕｓｓ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｒｅ ＳＵｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ＧＦＲＰ；ｔｒｕｓｓ ｇｉｒｄｅｒ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ；ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ０引言 根据桥梁型材要具备较高力学性能、耐腐蚀性 淮安高良涧闸区桥于２０１５年９月建成通车． 能及耐候性能的使用要求．结合各种树脂基体和毡 主桥采用２ ｍｘ３６．４４ ｍ（ＧＦＲＰ）复合材料桁架桥．设 类增强材料的特性．通过实验确定桥梁拉挤型材采 计荷载：人均３．５ ｋＮ／ｍ 或６ ｔ小汽车，为国内最大 用以下方案：①基体材料选用强度、耐腐蚀和耐老 跨径全ＧＦＲＰ复合材料桁架桥（轻载公路桥） 文 化性较好的乙烯基树脂及配套的固化剂和脱模剂 章介绍了桁架桥建造及验收过程．项目总体布置 乙烯基酯树脂具有优良的耐酸、碱和盐等介质性 见图１ 能．较常规的富马酸改性乙烯基树脂使其具有更好 的力学性能和耐腐蚀性能．并具较高的拉伸延伸 率、良好的耐候性、韧性和良好的玻纤浸润性及层 间结合强度。②增强材料选用无碱玻璃纤维纱和 ｌ ２００ ｇ／ｍｚｆ＋４５。）无碱玻璃纤维多轴向布．纤维体积 含量控制在６５％以上。增强材料是中空型材的支撑 骨架．它基本上决定了制品的力学强度而且对减少 图１项目总体布置 高聚物收缩．提高热变形温度和低温冲击强度也有 １ 主桁架杆件制造 一定的作用 因产品使用的特殊性．成型过程中需 １．１构件制作 要根据产品截面特点优化铺层参数以提高其抗压 １．１．１原材料选择 抗剪性能 玻璃钢拉挤工艺成型的原、辅材料包括玻璃 １．１＿２截面铺层设计 纤维增强材料、树脂基体和辅助材料。 在常用的拉挤型材结构中．增强材料主要使用 基金项目：江苏省交通运输科技项目（２０１５Ｔ２２）。 玻璃纤维纱和少量的玻璃纤维织物．而且玻璃纤维 －６－ ・ ・ 盔材 型塑丝塑 刘成才，邢善民．卓兆民．等：（ ＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 织物仪 外＆面一层 桥梁Ｈ｛｝ 挤 材作为桥梁 的主要支撑什．在使川ｌ１ｌ小仅需要具备抗拉强度． 且还 要 备较高的抗弯、抗 、抗冲等力学性 能．．常规的｛ 挤产。 铺层，无法满足其抗弯、抗 、 抗冲等力学性能．Ｊ夫ｌ此 桥梁配件制 ｆ＾的设计时． 必须通过铺 优化没汁提高桥面板的符项力学性 能， 根 材料体系筛选的结果． 纱含量不变的 图３腹杆生产 基础上．通过增加纤维织物的铺层来对铺层参数进 行设计优化．以满足产・ 忡能要求，、增强材料含量 一定，增７ＪＩ１织物的铺层．对铺层参数进行优化设汁， 增加腹板的纤维横纵比．ｎｒ显著提高制品的抗剪、 抗弯、抗冲性能，提高 材的整体承载能力，进而使 产品的综合 能得到提高 结合 材截面结构及 材的使川要求．弦｛：１：采 川４层ｌ ２００ ｇｌｍ！无碱玻璃纤维多轴向布．腹杆采 ３层ｌ ２００ ｇ／ｍ２兀碱玻璃纤维多轴 布，丁字卡６ｌ 图４工字横梁生产 梁采ＪＨ ４层ｌ ２００ ｇ／ｍ！无碱玻璃纤维多轴向布．桥 板采ＨｌＪ ２ １ ２００ ｇ／ｍ：尢碱玻璃纤维多轴向 、 １．１．３托侪过程 批挤成， ］ 艺是连续生产线性复合材料制－ 的一种］ 艺 法，以树脂作为基体材料，以纤维、织 物作为增慢材料，在外力的牵引下，绛过浸渍、预成 型、热模 化．最后形成连续型规黎哉¨面制品的Ｉ 艺过程 图５桥面板生产 表１ 工作桥拉挤型材统计表 名称 弦十 ¨ 桥梁部什｝ 挤 材，１１弦杆戡面Ｊ 寸最大．禽 ２ ２００多Ｉ才Ｉ纤维纱．４层多轴向织物．…于纤维纱及 杆件 规格／ｎｌＩｌｌ 口３００ｘ３００ｘ Ｉ ６ 铺层较多，＿＇血过优化纱架、浸胶设备及生产线完成 空问结构没¨’．可Ⅲ页利完成生产． ．口３００ｘ３００ｘ １ ６ 口３００ｘ３００ｘ ｌ ６ 北京玻钢院复合材料柯限公司在１个月内完成 主桁 材硬桥面板的１ 艺制定及生产． 表ｌ，分拉 挤桥梁型材，Ｉ 产见 ２～５ Ｆ弦ｆ 口３００ｘ３００ｘ１６ 口３００ｘ３００ｘ ｌ ２ 腹朴 口３００ｘ３００ｘ ｌ ２ 口３００ｘ３００ｘ ｌ ２ Ｉ 平纵联 口３００ｘ３００ｘ ｌ ２ 下平纵联 口３００ｘ３００ｘ Ｉ ２ 口９０ｘ３００ｘ１ ５ 电缆管 口９０ｘ３（Ｘ）ｘ １．５ １：３００ｘ２００ｘｌ５ 上平纵联 Ｔ ３００ｘ２００ｘｌ５ 下平纵联 ３００ｘ２００ｘｌ５ １图２弦杆生产 －， 盎材型型塑望塑 ７－ 刘成才，邢善民，覃兆民，等：ＧＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 １．２构件加工 １．２．１构件钻孔 １．２．３表面打磨 Ｆｈ于ＧＦＲＰ工作桥长期在户外使用．在紫外线 照射及潮湿环境下会降低ＧＦＲＰ型材的耐久性能 桥梁采用氟碳涂料进行表面涂装．为增强涂料附着 力，需对型材进行打磨处理。桥梁通过采用专用立 ＧＦＲＰ工作桥主桁型材通过在型材上钻孔．采 用不锈钢螺栓全连接。需在型材上钻８ ８６４个孔． 其巾的ｌ ７９２个孑Ｌ．主桁型材为３００ ｍｍ方型材． 需在两侧开孔然后通过贯穿螺栓连接．为达￣－ｆＬ巾 Ｉ心线在一条直线上．根据螺栓孔群结构设计打孑Ｌ工 式页轮磨片打磨．表面平整，便于表面涂装．型材打 磨如图８所示 装并且通过选用专用电动工具磁力座钻来保证型 材两侧打孔精度 型材钻孑Ｌ流程：画工装定位线一打孑Ｌ工装定位 打孔一粘接内衬件一主桁型材打孔．钻孑Ｌ施工过程 （ａ）弦杆型材 （１ ）桥面板 图８ 型材打磨 １．２．４涂装 南于ＧＦＲＰ工作桥长期在户外使用．在紫外线 图６ 画工装定位线打孔工装定位打孔 照射及潮湿环境下会降低ＧＦＲＰ型材的耐久性能， 、氟碳涂料抗紫外线性能特强．能长期保持原有的色 泽，具有超耐久使用性能．减少维修费用：氟碳涂料 １．２．２内衬件 桥梁在施工过程中大量使用了贯通螺栓．对于 方管型材来说．在其相对管壁进行贯通螺栓连接是 十分不利的 因为型材被设计成方型材主要考虑的 是承受轴的向拉力和压力．并没有考虑其承受横向 荷载的工况 在这样的情况下．用贯通螺栓进行连 接并施加预紧力．相当于在给管壁一个横向的弯曲 使用陶瓷复合技术．使得涂膜化学稳定性更高．更 致密坚硬．并降低了涂膜表面带电性，减少了大气 中各种尘埃的积聚．其耐污染能力极强．并具自沽 功能，可保持长期自然清洁；氟碳涂料耐溶剂性强、 耐碱性好．适合特殊恶劣环境．闪此桥梁采用氟碳 涂料进行表面涂装，采用滚涂方式涂２遍．表面涂 料厚度达到２５０ ｍ。型材涂装如图９所示。 荷载．型材没有任何构造上的设计来抵抗改弯曲荷 载 因此需要采取其他构造措施来弥补这个缺陷 桥梁采用的方法为在贯通螺栓位于方形材腔体内 的部位增加定长３５ ｍｍ厚的ＦＲＰ内衬件．且尽量 与方型材的内壁紧密接触．这样螺栓的预紧力就全 部由ＦＲＰ内衬件来承担．不会发生方型材受到荷 载作用后的外失稳现象 内衬件通过采用玻璃纤维 多轴向布为增强材料灌注成型．产品见罔７ 图９弦杆涂装 ｌ－３构件拼装 ＧＦＲＰ桁架桥拼装流程：３６ ｎ１下弦杆组装一３６ ｎｑ 上弦杆组装一安装支座找平一下平纵联组装一桥 面板铺装一上平纵联组装一腹杆组装．施工过程如 图ｌ０～１２所示 图７－内衬件生产 ８－ ， 杰 型 刘成才，邢善民，覃兆民．等：ＧＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 锈钢角钢和ＧＦＲＰ层压板与３６ ｍ长下弦杆组装成 框架结构 （７）使用２座吊车将上平纵联吊起来，先将工 作桥４角４根腹杆Ｆｌ及中间左右两侧各２根腹杆 Ｆ３安装在上平纵联上：然后将４根腹杆Ｆ１和中间 ４根腹杆Ｆ３安装在下平纵联上：然后从中问向两 侧依次安装腹杆Ｆ３和腹杆Ｆ２完成腹杆组装 １．４构件运输 图１０ ３６ ｍ弦杆组装 项目建造的２座ＧＦＲＰ工作桥长３６．８ １１１．高 ４．４ ｍ，宽４．５ ｍ，重３０ ｔ。为特大型物体，超长、超宽、 超重型．吊装和运输难度较大．需要采用特种运输 装运．．经多方研究使用２台２５ ｔ吊车将ＧＦＲＰ工作 桥吊装至运输车辆上：使用２辆一前两轴安装液压 鹅颈后 轴加装３７ ｎｌ连接梁的轴线车．该连接梁在 轴线下方离地高度为４５０ ｍｍ．整体高度为４８５ ｌ／Ｉｎ． 除２辆运输车辆还设有专门２辆押送车辆．以保证 运输途中工作桥安全 图１１下平纵联组装 （１）运输前需派专业人员对整个运输路线进行 核查．确定载有桁架桥的运输车辆可以安全平稳地 通过．并制定其他运输方案．防止｝＿ｎ现突发事件影 响正常的运输工作 （２）使用２台２５ ｔ吊车对ＧＦＲＰ桁架桥吊装， 桥梁吊装严格按照《建筑施丁起重吊装＿Ｔ程安全技 术规范》（ＪＧＪ２７６—２０１２）有关规定进行。 （３）吊点分别设在桁架桥下平纵联第一个、第 图１２ ＧＦＲＰ工作桥 八个节点板部位 （１）将下弦杆杆件ＸＸｌ和ＸＸ２通过不锈钢节 点板２组装成４根３６ Ｉｌｌ长的下弦杆．并将不锈钢 节点板２和不锈钢节点板３通过不锈钢螺栓连接 在下弦杆上 （４）在节点板与吊带接触部位下平面增加角 板．避免吊带被不锈钢节点板损伤 （５）首先使用２台吊车将工作桥吊起．将桥东 侧的支座移至别处．驾驶运输轴线车从桥东侧缓缓 倒进桥梁下 （２）将上弦杆杆件ＳＸｌ和ＳＸ２通过不锈钢节 点板２组装成４根３６ ｍ长的上弦杆．并将不锈钢 （６）最后将工作桥缓慢放置在运输车辆上，确 定放置到正确的位置后方可卸去吊装带 （７）运输车辆的支撑点设五处，如图ｌ３所示。 右侧为车头．左侧为车尾．支撑点部位设有钢板将 工作桥同定．固定钢板与运输车焊接成一体 节点板ｌ和不锈钢节点板２通过不锈钢螺栓连接 在上弦杆上 （３）使用水准仪对ＧＦＲＰ工作桥的安装支座找 平。 （４）将下平纵联杆件ＸＳ１和ＸＳ２通过不锈钢 角钢和ＧＦＲＰ层压板与３６ ｍ长下弦杆组装成框架 结构 （５）将桥面板铺装在下平纵联工字横梁上。 （６）将上平纵联杆件ＳＳ１、ＳＳ２和ＳＳＸ通过不 图１３运输车辆支撑点 ９－ －・ 盎材 型 刘成才，邢善民，覃兆民．等：ＧＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 （８）同定好＿Ｔ作桥后进行所有手续交接及办理 保险以及超限放行证待手续齐全后方可上路 （９）运输过程中运输人员应定时检查桁架桥的 状况．查看桁架固定是否有松动 （１０）考虑到闸区现场吊装空间不足．先将＿Ｔ作 桥运送至洪泽湖码头．然后将工作桥转运至２艘船 舶上运送至闸区进行现场吊装．见图ｌ４～１５ 作桥吊至安装位置上方．位置确认后．吊钩慢慢下 钩，实现工作桥安装就位如图ｌ６～ｌ７所示。 图１６工作桥起吊 图１４工作桥吊装至运输车 图１７工作桥吊装至预设位置 （７）工作桥施工单位配合联接与固定工作。 （８）吊装索具等清理工作。 图１５运输工作桥 ２验收标准 １．５现场吊装 工程质量检验评分以分项工程为单位．采用 １００分制进行。在分项工程评分的基础上，逐级计 （１）两部吊车停放在线船闸的东侧场地，一部 在新工作桥北侧，一部在老工作桥南侧（停放场地 事前整理好并铺好钢板）．并且吊车距闸室墙体保 持一定的安全距离 （２）当船舶将工作桥运至２＃线闸室内并停好 算各相应分部工程、单位工程、合同段和建设项目 评分值 工程质量评定等级分为合格与不合格．应按分 项、分部、单位工程、合同段和建设项日逐级评定。 位置．用吊带将工作桥栓好，同时做好ｌＴ作桥的防 ２．１上部构造制作和安装 ２．１．１ ＧＦＲＰ复合材料主桁架杆件制作及安装 对复合材料主桁架杆件受力性能具体控制指 标的基本要求包括物理性能控制指标和力学性能 控制指标 杆件之间通过螺栓连接。需保证连接可 靠性 节点板处加强内衬管 寸满足设计要求，并 保证有足够的强度起局部加强作 。采片ｊ可靠的施 护工作．两部吊车将工作桥吊起，通过调节大臂和 吊钩将Ｔ作桥移至新建的钢筋混凝土桥墩上方。 （３）两部吊移至钢筋混凝土桥东侧．将工作桥 吊至３＃船闸的闸室内，当工作桥贴近地面时，两部 吊配合将工作桥一头尽量朝东侧移位。 （５）两部吊车配合将Ｔ作桥吊至闸室上方，将 工作桥向安装位置转移，并工作桥两端分别担在闸 墙上（尽量担在墙垛上）。 工方法保证杆件拼装质量及精度．并保证成桥线型 满足设计要求 实测项目分为主桁架杆件制作及加工实测项 （６）两部吊车再次移位．同时吊起工作桥，将工 一ｌＯ一 、 ・ 盎材 型塑丝塑 刘成才，邢善民，覃兆民，等：ＧＦＲＰ桁架桥制造及验收研究 目和桁架桥节段安装实测项目 主桁架杆件制作及 直、桥面板端头及连接处的密封性。 ２．２．３ ＧＦＲＰ复合材料护栏制作及安装 基本要求包括：复合材料护栏受力性能、护栏 的涂装质量、扶手表面的光滑性、护栏的牢固度、杆 件连接外的填缝料的平整度。 实测项目包括：横截面外观尺寸、截面厚度、螺 栓孔定位、栏杆平面偏位、扶手高度、柱顶高差、接 加工实测项目包括：横截面外观尺寸、截面厚度、外 观平整度、螺栓孑Ｌ群整体定位。桁架桥节段安装实 测项目包括：节段长度、节段高度、节段宽度、节间 长度、对角线长度、桁架平面度、拼装成形后预拱 度。 外观鉴定内容包括：复合材料主桁架杆件表面 应顺滑平直，表面无裂纹、气泡、毛刺、皱折、纤维裸 露、分层、断裂等。 缝两侧扶手高差、竖向或柱纵横向竖直度。 外观鉴定包括：复合材料护栏表面应顺滑平 ２．１．２节点板及连接件制作及安装 直．表面无裂纹、气泡、毛刺、皱折、纤维裸露、分层、 节点板及连接件受力性能具体控制指标应满 断裂等：板的边缘顺直。 足基本要求 主桥构件间连接螺栓及主节点板应符 ２．２．４桥面铺装 合相应的技术标准，并可靠连接。 基本要求包括：主桥桥面的铺装材料、主桥桥 实测项目包括：横截面外观尺寸、截面厚度、外 面的拉断强度、扯断伸长率、桥面铺装的密封性、桥 观平整度、螺栓孑Ｌ定位、螺栓扭矩。 面横向坡度及平整度 外观鉴定内容包括：复合材料节点板及连接件 实测项目包括：平均厚度、横坡、表面平整度。 表面。 外观鉴定包括：表面的平整密实度、桥面铺装 ２．１－３ ＧＦＲＰ复合材料杆件防护 的密封性、搭接处的紧密、平顺性。 复合材料主桁架杆件涂装防护实测项目包括 ３结语 清洁度、粗糙度、外表面、总干膜厚度、附着力。 依托国内最大跨径的ＧＦＲＰ公路桥．需要面对 外观鉴定项目包括：涂层表面的完整光洁度， 桥梁的制造、安装、检测及验收等一系列难题，主要 涂后的漆膜颜色的一致性 成果小结如下： ２．２总体、桥面系和附属工程 （１）现阶段可以一次性生产较大截面桥梁构 ２．２．１ ＧＦＲＰ复合材料桁架桥总体 件．国内此方面的制造能力较强。 基本要求包括：桥梁施工、桥下净空、荷载试 （２）关于ＧＦＲＰ桥梁杆件制造安装的标准还较 验、材料物理及力学性能检测、应进行节点及连接 为缺乏．需要加强此方面的研究。 件力学性能试验 （３）ＧＦＲＰ桁架桁轻质高强，国内对于这种新 实测项目具体要求包括：桥面中线偏位、桥长、 型桥梁安装能力还有待于在实际项目中不断总结 引道中心线与桥梁中心线的衔接、桥头高程衔接、 提高 桥宽。 外观鉴定项目具体包括：桥梁的内外轮廓线 参考文献 条、栏杆、防护栏，灯柱和缘石的线形、踏步顺直。 ２．２．２ ＧＦＲＰ复合材料桥面板制作及安装 【１】沈观林．复合材料力学［Ｍ】．北京：清华大学出版 基本要求包括：复合材料桥面板受力性能、桥 社．１９９６． 面板与下横梁的连接、桥面板每块板开口孔及开口 【２】黄家康．复合材料成型技术【Ｍ］．北京：化学工业 端的封闭、桥面板表面的平整度、桥面板与下横梁 出版社．１９９９． 螺栓的连接 实测项目包括：单块板截面宽、高、单块板截面 第一作者：刘成长（１９７８一），男，博士，高级工 厚度、单块板外观平整度、长度、拼装成整体外观平 程师，研究方向为桥梁设计及养护。 整度、螺栓孑Ｌ（或孑Ｌ群）定位、螺栓扭矩。 外观鉴定包括：复合材料桥面板表面应顺滑平 （编辑：吕锦林Ｊ（收稿日期：２０１７—３—１９） － 盎 型些墅 塑
