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装配式钢结构桥梁在环境保护中的应用

2025-01-19 43 上传者：管理员

摘要：随着全球环境形势的日益严峻，传统桥梁建设方式因其高耗能、高污染和建设周期长等问题，逐渐不适应当前的环境保护需求。相比之下，装配式钢结构桥梁通过工厂化生产预制构件，现场进行快速拼装，不仅大幅缩短了施工周期，减少了施工现场对环境的干扰，还因其材料可回收、再利用的特性，显著降低了资源消耗和废弃物排放。本文主要介绍了装配式钢结构的定义和特征，探讨其在桥梁施工中应用流程、技术要点及其对环保产生的影响，并结合工程实例分析其环保效益。

关键词：
桥梁
环保
绿色建筑
装配式钢结构
预制构件
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装配式钢结构施工是在工程预制钢构件的基础上现场通过螺栓、焊接等方式拼装预制构件的过程。该施工方式不仅响应了绿色建筑和节能减排的国家政策导向，而且在提高建筑品质、缓解建筑业人力紧张状况、加速城镇化和基础设施建设进程等方面都显示出巨大的潜力和价值。

1、装配式钢结构和其他结构的比较

表1是装配式钢结构和其他建筑结构的比较情况，可以发现，装配式钢结构在环境保护和绿色施工方面具有明显优势。

表1装配式钢结构和其他建筑结构的比较统计

2、装配式钢结构桥梁施工及其对环境保护的影响

2.1装配式钢结构桥梁施工流程与技术要点

装配式钢结构桥梁施工流程见图1。

图1装配式钢结构桥梁施工流程

施工设计工作重点是依据桥梁跨径、地质条件等因素设计桥型，并基于设计规范进行荷载和应力分析，保证桥梁装配式钢结构满足安全标准[1]。装配式钢结构中的主要材料有钢板、钢筋、高强螺栓和混凝土。其中钢材屈服应力表示如下：

式中：σS表示钢材屈服应力；σ1、σ2和σ3分别表示第一、第二和第三主应力。

图2是钢材屈服应力和极限强度关系曲线。其中OA和AB段分别表示弹性段和强化段。

由图2可以得到钢材结构模型数学表达式如下：

式中ES表示钢材初始弹性模量；εS表示钢材应变；k表示强化段弹性模量和初始弹性模量的比值。

预制构件生产在工厂内通过裁剪、焊接等步骤加工钢结构构件，包括主梁、横梁、纵梁、柱、盖梁等[2]。

图2钢材屈服应力和极限强度关系曲线

现场施工准备的主要工作是布置场地，保证场地有足够的空间用于起吊机等大型机械作业。

运输与存放期间要采用Ф16 mm的钢丝绳进行腰箍加固，前后各箍一次，共八个点，采用5 t手拉葫芦进行紧固，避免因车辆惯性力导致构件产生位移，见图3。

现场安装作业时，利用吊装设备将预制构件吊至预定位置[3]。同时采用螺栓连接和焊接技术将预制构件固定。

质量检查与验收是依据相关标准，利用超声波、X射线等无损检测方法检查焊缝，检测螺栓连接预紧力是否满足设计规范，并进行必要的调整。

2.2对环境保护的影响

2.2.1减少施工现场污染

装配式钢结构桥梁施工有近半工作任务都是在钢材工厂内完成，即生产预制钢构件，以及构件加工等，从源头上减少了现场施工环境污染的发生几率。通过选用低噪音的机械设备，如静音型起重机、电动工具等，以及设置临时隔声屏障和合理规划施工时间，也能进一步减少噪音对周围环境和居民的影响[4]。

与此同时，由于大部分构件在工厂预制完成，现场施工时间大大缩短，减少了对土地的长时间占用和破坏。例如，在某装配式钢结构厂房项目中，通过实施严格的水土保持措施，包括设置临时排水沟、覆盖裸露地表、种植临时植被等，有效控制了水土流失。项目竣工后，通过水土保持设施自主验收，并向水行政主管部门报备了相关材料，验收结果显示水土保持措施达到了预期效果，水土流失量远低于行业标准。而且该项目通过引入先进的水资源循环利用系统，实现了施工废水的有效处理和再利用。根据水质检测数据，该系统处理后的废水满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的三级排放标准，其中浑浊度降至0.5 NTU以下，PH值稳定在7.0～7.5范围内，且重金属含量远低于限值，确保了施工废水不对周边环境造成污染。

2.2.2缩短施工周期

装配式钢结构桥梁在施工前通过BIM等先进技术进行三维模拟和优化设计，能够提前发现并解决潜在问题，减少现场设计变更和返工。与此同时，批量生产预制构件不仅可以节约时间，还可以提高材料入场检查效率。此外，模块化设计使得各构件之间的连接更加简便快捷，进一步缩短了施工周期。

2.2.3减少资源浪费

装配式钢结构桥梁施工过程中，由于现场加工环节大幅减少，施工能耗和用水量也相应降低。装配式钢结构桥梁的自重较轻，对地基基础的要求相对较低，从而减少了地基处理的复杂性和成本。同时，由于施工周期短、现场作业面小，对周边土地资源的占用也相应减少[5]。此外，由于钢结构材料具有较高的可回收性，废旧钢材可以通过再加工或再熔铸实现循环利用，降低了对自然资源的依赖。以某已退役的装配式钢结构厂房为例，其拆除后的钢材经过处理，不仅用于新项目的建设，还部分出口至国际市场，实现了资源的最大化利用。据统计，该项目的材料回收利用率高达95%，远高于传统建筑材料的回收率，显著降低了资源消耗和废弃物排放。

图3预制构件装车示意

3、装配式钢结构桥梁施工的环保效益分析

3.1项目概括

A装配式钢结构桥梁工程位于阳江市阳西县织篢镇大洲村古村落北侧，桥梁全长675 m，桥型布置为56×12 m简支工字型钢梁，下部构造采用钢管桩，桥台为柱式桥台，桥墩为盖梁柱式墩（钢结构），上部构造为简支工字型钢梁，见图4。

图4桥型布置断面

3.2效益分析

(1）节地

A项目的材料配置与场地管理中，核心策略聚焦于预制钢构件的广泛应用，此举显著减少了现场对钢筋、砌体等传统建筑材料的依赖，从而实现了资源利用的高效化。预制钢构件的堆放区域被精心规划，确保场地平整且结构坚实，以支撑构件的重量并防止地面沉降。此外，为了保障施工流程的顺畅，场地内设置了明确的车辆进出回路，不仅提升了物流效率，也确保了施工安全。为了进一步实现场地空间的优化利用，预制钢构件依据其种类、型号及既定的安装顺序被细致划分至不同区域，并辅以清晰的标志牌，以便快速识别与取用。

(2）节材

A项目依据BIM技术实现装配式钢结构施工材料的全过程追溯，实现从订购钢材、合同管理、材料入库到预料管理、构件运维的全生命周期管理，该钢结构桥梁的90%材料都可以再次循环利用，同时极大地提高了资源利用率。

(3）节能

A项目钢构件主要在当地采购，且考虑到运输成本和能源损耗因素，选择合作的钢材工厂距离施工现场都不超过80 km。与此同时，钢材工厂利用智能化信息系统实时监控和掌握设备的运行状态、具体开机时长以及资源利用效率等关键指标，进而通过数据分析，精准评估设备在不同时间段的负载分布特征。在此基础上，工作人员能够识别并应对空载或低效运行的设备，及时停机以减少不必要的能源消耗或安排预防性维护以减少故障停机时间，可以有效减少电能损耗和浪费。

(4）节水

A项目施工现场采用自动化的微喷淋系统，不仅能够减轻空气中的尘土飞扬，还有助于降低对水资源的消耗。此外，在构件的生产工厂以及施工现场的办公和居住区域，安装了装备有传感器的水龙头、节水型便器和节水淋浴设施，极大地提升了水资源的利用效率和节约水资源的能力。

(5）环保

为更直观地比较装配式钢结构桥梁施工的环保性，整理A项目和传统混凝土结构桥梁施工B项目下的环境指标见表2。

表2 A项目和传统混凝土结构桥梁施工B项目下的环境指标统计

由表2可知，A项目PM2.5、PM10、噪音和湿度等环境指标明显优于B项目，一定程度上可以说明装配式钢结构桥梁施工在扬尘控制、噪音控制等现场环境保护方面优于传统混凝土结构桥梁施工。

4、结束语

综上所述，装配式钢结构桥梁为桥梁建设领域的绿色转型和可持续发展提供了新的思路和实践路径。未来，随着技术的不断进步和政策的持续支持，装配式钢结构桥梁有望在更广泛的领域得到应用和推广，为构建人与自然和谐共生的美好家园贡献力量。

参考文献:

[1]彭汝伦,王哲.装配式钢结构建筑的特点及材料选用研究[J].工业建筑,2022,52(2):14.

[2]陶红星,王少非,史亚彬,等.基于BIM技术的装配式钢结构建筑工程管理[J].建筑技术,2022,53(3):347-349.

[3]张佳辰,王伟,路志浩,等.基于装配式建筑钢结构方案设计的全生命周期碳排放研究[J].结构工程师,2024,40(2):69-81.