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章节
加快桥梁建设结构系统的研究与训练
3.1 背景
前两章主要侧重于介绍加快桥梁建设的核心内容。第二章也提到了桥梁的检测过程和收购库存数据。本章回顾了用于识别缺陷桥梁的桥梁评定程序和为已确定的问题分配优先级。加快桥梁建设的创新技术需要继续扩大使用范围，并作为桥梁建设的常规。这一章涵盖了研究的重要课题，以及像加快桥梁建设这样的一个重要议题；研究诸如新材料和构建方法等急需的课题是一个优先事项：
- 桥梁结构体系的许多变化，导致了加快桥梁建设的多种多样的应用和对加速桥梁规划(ABP)、分析、设计和施工的额外影响。
- 通过继续教育项目和进一步的研究，迫切需要培训加快桥梁建设项目的桥梁工程师:除了FHWA和AASHTO外，FIU举办的研讨会也被强调了。FIU研讨会的主题和一个网络研讨会的列表(围绕最近成功完成的加快桥梁建设项目和美国的钢铁和混凝土桥梁)被制成表格。作者定期参加与加快桥梁建设相关项目的FIU网络研讨会。
作者为促进加快桥梁建设举办了ASCE结构工程学院的研讨会。由于该主题的实际重要性，在附录4中，提出了加快桥梁建设项目中三个学分大学课程的教学大纲。这对高年级和研究生来说是有价值的。课程的时间约为15周。
附录5概述了加快桥梁建设项目的培训课程和工作坊，主要由FIU提供。
- 需要建立一个全国性的加快桥梁建设中心来推广加快桥梁建设。
- 就发展中学科的桥梁和子结构(T-4)所提出的研究挑战进行综述。
- 作者在FHWA巴尔的摩会议上发表了一篇论文(与新泽西州桥梁工程师)。
关于加快桥梁建设项目的最新信息是由编撰最新技术水平的书目，目前工作的范围以及选择加快桥梁建设项目的限制条件提供的。附录2中列出了适用于所有章节的加快桥梁建设项目相关术语的词汇表，以供参考。
在接下来的章节中，我们将讨论一些结论的解决方案。例如，第四章论述了创新的方法和项目，第5章论述了新材料和预制，第6章论述了设计构建管理方法。
图 3.1
流程图说明了加快桥梁建设的主要因素(参考UDOT)。
准备一个评定矩阵
为了建设目的，在规划阶段，需要准备投资成本、生命周期成本、环境和社会影响、施工能力、未来的维护、检查和美学。规划必须解决ABC对短期、中期和长期跨度的差异。加快桥梁建设的显著特征如图3.1所示。综上所述，创新技术包括结构安置方法和加速岩土工程，除了预制和模块化结构。(参考加速桥梁建设由卡门·斯旺维克和詹姆斯·麦克米尼梅和保罗·布莱克汉姆的UDOT)。
结构性解决方案
检查报告、结构健康监测(SHM)和评级计算将提出结构解决方案，其中一项将适用:
- 不需要措施。这座桥符合所有的安全要求。
- 需要修理。
- 需要改造。
- 桥面加宽(由于平均每日交通流量增加而增加车道和人行道)。
- 利用现有的子结构和现有的碳足迹，将桥梁替换为低等级。
- 使用新的子结构和新的碳足迹来替代劣质的桥梁。
在结构系统和工作范围内的排列
使用加快桥梁建设结构系统的其他理由
我们所有人每天都过桥。我们可能只看到护栏栏杆，桥面板，或标志结构和灯杆。但是，一座桥的意义远比它所能看到的要多。但是，一座桥的意义远比它所能看到的要多。下部结构的基础轴承和梁可能不可见。桥梁跨越地形或地球表面的缝隙，如因河谷和地形上的自然空洞而形成的峡谷。通过两个正常方向的交通，它们在交叉路口形成高架公路。聚伞柄和三叶草交叉口是多水平的转换，为车辆提供多种路径。
如果一座桥被关闭，将会影响到医院和孩子去上学的病人，其他人可能会错过飞机、火车或预定的会议，从而影响到商业贸易和工业。大量的规划和费用用于桥梁的结构和非结构(如交通标志、照明和公用设施)的设计、施工和主要维护。
从经济意义上讲，设计和建造一座新桥梁的成本可能要比继续维持一个有缺陷或一座非常古老的桥梁的成本要低。而且，生命周期成本可能比最初的投资高很多。
问题的定义
对于快速施工，三个“M”是人，材料和机械。
- 人才需要训练才能更快地建立。对于桥梁工程师来说，培训细节是在附录6中提供的关于快速桥梁建设的“一天课程”。
- 材料需要更耐用，易于预制，如轻质混凝土梁。
- 机器应该是现代的，例如自行推进的模块化运输车(SPMTs)，并提供更大的机械优势来节省体力劳动。
适合加快桥梁建设结构系统的结构系统
桥梁结构种类繁多。每个行为都有不同的表现，结构分析和设计技术也各不相同。加快桥梁建设方法比其他方法更适用于某些结构系统。
根据跨度长度(短、中、长、长)和新桥梁的替代建筑材料的选择，实际应用的结构体系主要有六种。检查报告、SHM和评级结果应确定维修现有桥梁的结构解决方案的类型。钢和预应力混凝土中短跨、中跨梁桥是最常见的，而加快桥梁建设项目更容易应用于这些结构。另一方面，大跨度斜拉桥或悬索桥也很少。
此外，由于建筑材料的发展，技术在过去的200年里发生了巨大的变化。较老的铸铁，低碳钢材料已经取代了高性能钢的超高强度。钢筋混凝土梁桥受限于小跨度，如有较小的活荷载的人行天桥，而预应力混凝土的使用已成为更大跨度桥梁，具有更大的活荷载。
在混凝土制造中有一场革命，用于地基、桥墩和桥墩。对甲板板、桥墩、桥墩的预制段的转换，以及复合材料和纤维增强聚合物(FRP)混凝土的使用，已经改变了施工方法。
同样，胶合木材已经取代了锯木，导致了更坚固的小跨度桥梁。第4章和第5章将详细讨论创新方法和预制方面。
对技术方面的回顾表明，加快桥梁建设项目是由独特的结构体系控制的桥梁类型。ABP是迈向加快桥梁建设的第一步。因此，跨度、几何和美学将决定材料的选择和形状。尺寸将基于允许的应力分布。正在使用的六种结构系统是:
- 梁(短跨度)
- 梁(中等跨度)
- 桁架(中等跨度)
- 拱(短、中跨)
- 斜拉梁(长跨度)
- 带有加劲甲板的吊索(适用于很长的跨度)
加快桥梁建设项目是关于制造和架设普通桥梁的方法。上部结构和子结构组件在早期章节中已经讲述了。这里讨论了他们的创新方式，强调了工程师的培训需求。
快速设计与施工的挑战
早前有人指出，高楼大厦的建造速度比以往任何时候都要快。通过大胆的管理决策和使用创新的方法，这是可能的。在桥梁和高速公路的水平施工中，可以复制多层地板垂直施工的成功。然而，桥梁工作的范围要求更重、更复杂的结构工程，因为桥梁的种类繁多。
在传统的建设中，由于人员和材料的可得性，更强调最低成本考虑，较少强调完成工作的时间。对快速施工的改变给承包商的团队和他/她有限的资源增加了压力。这些敏感的问题包括持续的人力供应、将受过培训的人员安置到新项目地点，以及引进现代化的建筑设备和技术。
对项目管理进行进一步的研究，实现更快的实现和改进的协调和沟通是必要的，这样可以使加快桥梁建设项目的方法更加经济。印度河——尝试开发一种综合的建筑代码，根据过去的经验，为一种精细和快速的建筑类型制定出实用的步骤。要使这一切发生在大规模的情况下，需要给员工以奖金的形式。这种方法将有助于鼓励所有者选择加快桥梁建设项目团队来实现更多的项目，而不是只选择项目。
物流和快速生产
由于在第二章中讨论的建筑管理的短期和长期利益，AASHTO和FHWA等联邦组织(在某些大学如FIU的帮助下)正在研究促进影响加快桥梁建设的重要活动。他们的训练和研究是至关重要的。然而，这个问题并不仅仅涉及科学、技术、工程和数学(STEM)等学科。
因为没有两座桥是一样的，只有加速桥梁建设原则和有限的指导原则才能实现尽可能的复刻。对于考试，你不能告诉一个画家或者一个艺术家如何去做他的工作，因为这些规则不太可能被忽视。在加快桥梁建设的案例中，承包人确切地知道“鞋夹在哪里”。他的经验、直觉和独立判断在日常决策中不需要被限制。例如，为了实施加快桥梁建设项目，承包商可能倾向于让他的团队在极端天气条件下工作。咨询师还需要发挥更实际的作用，更好地了解在给定的时间内可以做什么，以及更好地与承包商的团队协调图纸和细节，他们负责将想法转化为实践。
快速施工及相关需求
业主的要求是明确的:减少计划量，更大的桥面板，减少地震影响，增加桥梁的等级，延长使用寿命，节约成本，和更低的维护。以下是许多创新的概念。每个概念本身都是一个主题。现代的预制建筑材料和方法与传统的方法有很大的不同，需要创新的方法来保证系统的安全和高效。加快桥梁建设项目可以通过向所有者提供更好地理解其优点以及数学分析来得到提升。
在当今竞争激烈的建筑市场中，有许多项目交付方法，以配合各种项目。但是，根据单个项目的规格和电路来调整你的选择可以帮助确保成功。决定一种特定类型的交付方法的关键因素包括:
- 时间限制
- 风险
- 预算
- 质量水平
许多业主的选择方法是D-B方法，在过去10年里变得越来越流行。通过预制桥梁构件加速桥梁施工，有助于减少交通延误造成的温室气体排放，并简化长期施工设备的运行。
甲板图计划的形状:使用正常的，倾斜的，或弯曲的甲板可以在结构持续时间上做出很大的改变。在规划中，桥梁结构更容易建造，造价也更低。
在横断面类型:梁和梁将是矩形的，I型的，T形的，或空心矩形截面。钢电缆是圆的。桥墩可以是矩形、正方形或圆形的柱状体。桩可能是一个管状截面。每个形状的转动惯量都会有助于抵抗弯矩。
跨度类型:虽然没有精确的跨度长度，可分为短，中，长，宽范围可定义如下:
- 短跨度:100英尺
- 中等跨度:101 - 300英尺
- 长跨度:301-500英尺
- 超长跨度：501英尺及以上
用于梁和梁的现代材料的选择：
- 胶合板梁
- 钢筋混凝土梁
- 预应力混凝土梁
用于满足结构系统和跨度长度的现代建筑材料为:
- 屈服强度50MPa的低碳钢梁
- 屈服强度70MPa的高强度钢梁
- 屈服强度100MPa的高性能钢梁
- 屈服强度270MPa的钢丝绳和电缆
类似地，下部结构和基础类型也有很多变化。
桥台类型:
- 现浇墙体桥台
- 预制机械稳定土(MSE)墙体桥台
- 嵌入式桥台
- 桩式桥台
- 没有轴承的整体式桥台
桥墩类型:这些通常是钢筋混凝土。各种类型如下:
- 固体混凝土墙
- 柱上支撑的开口或墩帽
- 桩身延伸至墩帽的桥墩
- 无支承桥墩
基础类型:浅基础比深基础更便宜。
- 扩大基础
- 桩基础
- 沉井基础
- 连续基础
- 筏形基础
轴承类型:这些是由钢合金制成，以转移对亚结构的严重反应。他们需要允许热运动。使用固定和自由(滑动)轴承的组合。固定轴承在各个方向都受到限制。
- 自由或滑动轴承
- 转动轴承
- 固定轴承
以上说明了结构系统、梁和子结构(复合材料或非复合材料)的排列组合将导致几十种独特的桥梁类型。每个系统将需要一个单独的加快桥梁建设项目类型。每个桥式的行为都是不同的，需要独立的分析和设计。
加快桥梁建设项目已经成为一个更加专业化的课题，工程师、技术人员、外勤人员、生产厂家的工厂人员，甚至供应商都需要加入，并给予他们最好的。大多数承包商和顾问只关注所选的应用类型。例如，在各种不同类型的桥梁中，一些承包商把重点放在了部分桥梁上，而另一些则集中在钢桁架桥梁上。例如佛罗里达州的FIGG工程和新泽西州的Acrow公司。
预计快速构建的顺序将与独特的结构系统表现的性能相一致，这方面必须由设计人员和解释人员(参考FHWA ABC手册的最新版本)来记住。
业主在推广加快桥梁建设项目的角色
在第二章中，定义了承包商在加快桥梁建设项目中的角色。业主的决策和必要的资金是最重要的。目前的桥梁设计手册和建筑专业的指定状态都不适合加快桥梁建设项目。加快桥梁建设项目的新准则、细节和规范需要由一个由主要承包商和顾问组成的团队来准备。
就像在充满活力的汽车行业一样，为了维护基础设施，在建筑行业，数十亿美元的资金将被争夺。然而，技术的进步在一定程度上受制于维持基础设施的资金流动。为了使桥梁的重建和修复工作能够在更短的时间内完成，更容易实施，因此对加快桥梁建设项目进行调查是有经济意义的。最终的目标是尽可能减少施工的持续时间，尽可能减少对出行公众的不便。
顾问和
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