最近，華盛頓州杜瓦爾附近成功組裝了一座復(fù)合材料拱形公路橋。該橋由華盛頓州交通部（WSDOT）設(shè)計(jì)并監(jiān)督制造。當(dāng)局對(duì)這種替代傳統(tǒng)橋梁建設(shè)、具有成本效益和可持續(xù)性的方案贊不絕口。

就在不久前，一項(xiàng)聯(lián)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(gè)魚欄。這些魚欄會(huì)取代公路和橋梁下的現(xiàn)有涵洞，不僅可以使水流自由流動(dòng)，還可以讓鮭魚、庫克魚、奇努克魚和鋼頭魚輕松游過，達(dá)到恢復(fù)自然溪流棲息地的目的。

魚欄最初計(jì)劃采用地下結(jié)構(gòu)方案，由預(yù)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(yù)制構(gòu)件將使該州生產(chǎn)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(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)公司（Advanced Infrastructure Technology / AIT）旗下的AIT橋梁公司（AIT Bridges）的復(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)。該公司發(fā)展了最初由緬因大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料中心為軍隊(duì)開發(fā)的復(fù)合材料橋拱技術(shù)，并且還開發(fā)了可以鋪放到橋拱上的玻璃纖維增強(qiáng)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(chǎn)空心管狀橋拱（GArches）和玻璃纖維增強(qiáng)塑料橋面板（GDeck）?，F(xiàn)場(chǎng)只需要進(jìn)行簡(jiǎn)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(jīng)組裝了30個(gè)復(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)，大部分在美國(guó)東海岸。

杜瓦爾的這座50英尺長(zhǎng)的橋位于203號(hào)州際公路上的盧茨溪上。由于場(chǎng)地陡峭，建造一座預(yù)制橋需要租用和運(yùn)輸大型起重機(jī)來將橋體吊裝到位。然而，對(duì)于復(fù)合材料部件，總承包商古德費(fèi)羅兄弟（Goodfellow Brothers）只需要一臺(tái)叉車和若干帶子。華盛頓州交通部橋梁和結(jié)構(gòu)工程師馬克·蓋恩斯說："應(yīng)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件為項(xiàng)目節(jié)省了一大筆錢，因?yàn)閯?dòng)員各種資源去調(diào)動(dòng)大塊的混凝土是非常昂貴的操作。

復(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)的另一個(gè)好處是它們的長(zhǎng)壽命和低生命周期成本。AIT橋梁集團(tuán)總裁兼總工程師肯·斯維尼說：“如果橋梁結(jié)構(gòu)能有超過百年的壽命，而且后期維護(hù)量非常小，這是可持續(xù)性問題考量的重要突破。長(zhǎng)期來看，混凝土橋會(huì)產(chǎn)生裂縫，內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)會(huì)生銹，最終會(huì)污染橋梁下方的水域。但這些都不會(huì)發(fā)生于應(yīng)用復(fù)合材料的橋梁結(jié)構(gòu)中。此外，與混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)相比，建造復(fù)合材料橋梁所需的材料更少?！?/span>

在將獨(dú)家合同授予AIT橋梁公司之前，華盛頓州交通部仔細(xì)審查了所有關(guān)于復(fù)合材料橋拱抵御火災(zāi)和漂浮木頭等物體撞擊的能力的工程數(shù)據(jù)。蓋恩斯表示：“地震也是一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。這次項(xiàng)目是我所知道的第一次在高地震區(qū)使用復(fù)合材料橋拱，所以我們想確保它符合抗震設(shè)計(jì)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(duì)我們提出的所有問題逐一進(jìn)行了回答，我們也就能更放心地推進(jìn)項(xiàng)目了。"

分析結(jié)果顯示，復(fù)合材料橋梁可以應(yīng)對(duì)幾乎任何危險(xiǎn)情況。斯維尼表示：“我們發(fā)現(xiàn)這座橋?qū)嶋H上比現(xiàn)在的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更具抗震性，剛性混凝土結(jié)構(gòu)不能輕易地隨著地震波移動(dòng)，而柔性的復(fù)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(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土鋼筋嵌套在空心管道里，可以在空心管道移動(dòng)并得到緩沖。為了進(jìn)一步加強(qiáng)橋梁，AIT用碳纖維加固了連接橋拱和混凝土基座的錨?！?/span>

本項(xiàng)目的12個(gè)橋拱每個(gè)都有300磅重，跨度最大54英尺。為了把它們運(yùn)到工作現(xiàn)場(chǎng)，AIT把它們切成兩半，并做了一個(gè)套筒，在現(xiàn)場(chǎng)把它們拼接起來。兩輛平板車將它們運(yùn)往全國(guó)各地，在三天的運(yùn)輸過程中不需要有關(guān)部門重量或尺寸的額外許可。41塊拉擠的玻璃纖維增強(qiáng)塑料橋面板，總跨度為49英尺，采用AIT的設(shè)計(jì)，并由Creative Pultrusions公司制造，用的另一輛卡車運(yùn)送。

總承包商為了給復(fù)合材料橋梁組裝創(chuàng)造空間，清除了現(xiàn)場(chǎng)26,000立方碼的土。一旦場(chǎng)地準(zhǔn)備就緒，一周半的時(shí)間就完成了組裝。在復(fù)合材料橋拱和橋面組裝完成后，承包商在這個(gè)基礎(chǔ)上建造了一個(gè)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(duì)工程如此迅速完工表示贊賞：“盡管我們知道這在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)很快被搭建起來，但其迅速程度還是讓我們感到驚訝?！?/span>

隨著項(xiàng)目的成功，華盛頓州交通部更新了其橋梁規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，允許建造更多的復(fù)合材料橋梁。斯維尼也希望大家能體驗(yàn)到復(fù)合材料橋梁提供的諸多好處，鼓勵(lì)西海岸進(jìn)一步采用復(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)。加州將是AIT橋梁公司的下一個(gè)拓展目標(biāo)。

本文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)綜編，文章觀點(diǎn)不代表本會(huì)立場(chǎng)。本文不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)。