复合材料桥梁开创新局面

　　这座复合材料拱桥建造得正是时候。一项联邦禁令要求在 2030 年前在该州西北部的州高速公路下重建大约400个鱼类屏障。以替换现有的道路和桥梁下的涵洞。

　　该州通常使用预制混凝土制成的分离式箱涵，但要制造所需数量的预制构件，该州的生产商的能力将不堪重负。该部门考虑了其他选择，并从先进基础设施技术公司（Advanced Infrastructure Technology） 的AIT 桥梁公司（AIT Bridges）选择了一种复合结构。AIT 桥梁公司使用的复合拱桥技术最初是由缅因大学的高级结构和复合材料中心为军方开发的。公司还开发了可以铺放在桥拱上的玻璃纤维增强塑料（GFRP）桥面板。

　　AIT 桥梁公司在其位于缅因州布鲁尔的工厂生产中空管状桥拱（GArches）和GFRP面板（GDeck）。在现场安装时，只须将桥面板覆盖到桥拱上，然后再填上钢筋混凝土即可。自2008 年以来，该公司已安装了30 个GArch 复合桥梁系统，其中大部分位于美国东海岸。

　　这座50 英尺长的大桥位于卢特西斯河上的203 号州际公路上。由于场地陡峭，建造一座预制桥需要租用和运输大型起重机来将桥体吊装到位。然而，对于复合材料部件，总承包商古德费罗兄弟（Goodfellow Brothers）只需要一台叉车和若干带子即可完成吊装。华盛顿州交通部桥梁和结构工程师马克• 盖恩斯（Mark Gaines）说：" 应用复合材料结构部件为项目节省了一大笔钱，因为动员各种资源去调动大块的混凝土是非常昂贵的操作。”

　　复合材料桥梁结构的另一个好处是它们的长寿命和低生命周期成本。 AIT 桥梁集团总裁兼总工程师肯• 斯维尼（Ken Sweeney）说：“如果桥梁结构能有超过百年的寿命，而且后期维护量非常小，这是可持续性问题考量的重要突破。长期来看，混凝土桥会产生裂缝，内部的钢筋结构会生锈，最终会污染桥梁下方的水域。但这些都不会发生于应用复合材料的桥梁结构中。”此外，与混凝土预制结构相比，建造复合材料桥梁所需的材料更少。

　　轻质GFRP桥的生产和安装

　　在与AIT 桥梁公司签订独家合同之前，WSDOT 仔细审查了关于复合拱桥承受火灾和漂浮的原木撞击造成损坏的能力的所有工程数据。地震是另一个问题。“这是我第一次知道AIT 在高震区使用复合拱桥，所以我们必须确保它能够满足我们的抗震设计要求。” 盖恩斯说，“我们问了很多刁钻的问题。但最终，他们对我们提出的所有问题都给出了答案，我们也很轻松地继续前进。”

　　分析表明，该组合桥可以应对所有的危险。与不能轻易随地震波移动的刚性混凝土结构不同，柔性复合桥拱可以随之摇摆，然后回到原来的位置。混凝土钢筋包含在管子里，所以它会随着管子移动。为了进一步加强桥梁，AIT使用碳纤维加固的锚连接拱门和混凝土脚。

　　该公司使用编织织物来制造中空管状桥拱（GArches），以获得所需的拱形形状。斯维尼解释说：“这也使我们能够根据需要调整织物的强度。”工人们把织物放在一个充气的气球状框架上，用乙烯基酯树脂真空灌注的过程来固化拱门。第二天，它们被从模具中取出。

　　SR 203 项目的12 个拱门每个重 300 磅，在两端之间提供54 英尺的空间。为了把它们运到工作现场，AIT 把它们切成两半，然后在现场把它们重新拼接在一起。在为期三天的运输中，负责运送到全国各地的两辆平板卡车在重量和尺寸方面都不需要特别的许可。

　　41 块拉挤的玻璃纤维增强塑料（GFRP）桥面板，跨越49 英尺，由 Creative Pultrusions 使用AIT 的设计制造，并通过一辆单独的卡车交付。

　　总承包商从现场移走26000 立方码土，为复合桥的安装创造空间。当场地准备就绪，只花了一周半的时间就安装了桥拱，钉上了面板，并用混凝土填充拱门。盖恩斯说：“尽管我们知道它很快就会在野外竖立起来，但安装速度让还我们感到惊讶。他们没有花很长时间就把管道和面板安装到位，并开始回填过程。”

　　总结

　　在复合桥拱和面板建成后，承包商更换了桥拱上和结构周围的土，然后在此基础上建造了沥青路面，以运送车辆通过河流。这条道路被封锁了30 多天。这座造价820 万美元的大桥于2020 年 8 月重新开放。

　　华盛顿州运输部（WSDOT）更新了其桥梁规范，允许建造更多的复合桥梁。斯维尼希望这个项目的成功，以及组合桥梁所提供的许多好处，将鼓励其在西海岸得到进一步的采用。他补充说：“可持续发展将是一个重大课题，加州将是 AIT桥梁公司的下一个拓展目标。”