超高性能混凝土(UHPC)在桥梁改建 工程中的应用

超高性能混凝土(UHPC)具有良好的力学性能,其抗拉、抗压强度远远超过常规混凝土。同时超高性能混凝土(UHPC)与常规混凝土的浇筑连接面的粘结强度也超过常规混凝土,能与常规混凝土非常好地形成一个整体,因此采用超高性能混凝土(UHPC)将桥梁预制结构连接成整体的施工方法已经被广泛应用。以南浦大桥W3匝道改建工程为背景,介绍了截除部分桥墩立柱后,采用超高性能混凝土(UHPC)连接上下立柱的设计施工要点,表明了超高性能混凝土(UHPC)在类似的桥梁改建项目中具有广泛的应用价值。     

超高性能混凝土（UHPC）π型梁人行天桥设计与施工

超高性能混凝土（UHPC）具有超高强度、超高韧性、低渗透性和高体积稳定性等性能特点，可以大大减轻结构自重、提高耐久性。湖南省湘潭市“两干”[潭州大道（湘潭段）、芙蓉大道（湘潭段）快速化改造]项目中，新建了18座人行天桥，均采用UHPC材料，属国内首次在桥梁主体结构中大规模应用π型梁截面的UHPC人行天桥。着重介绍该桥的设计与施工要点，表明UHPCπ型梁在同类桥梁中具有大规模推广的应用价值。     

UHPC节段预制拼装桥梁断面设计及预应力体系研究

超高性能混凝土(简称UHPC)以自身超高的强度、韧性、耐久性等特点，提高了建造超大跨径、超长寿命桥梁的可能性，开创了“细、薄、巧、轻”的混凝土结构，彻底告别了“肥梁胖柱”。境内外对UHPC在节段预制拼装桥梁工程中的应用研究尚处试验阶段，未进入全面应用阶段，UHPC在节段预制拼装桥梁中的应用研究方兴未艾。通过TDV和MIDAS结构计算软件对境内某40 m跨径节段预制拼装PC简支梁进行UHPC应用设计，优化断面几何尺寸、预应力体系布置、转向细部构造设计。与原设计相比，混凝土用量减少1/3,截面更纤薄美观；全桥采用体外预应力体系，预应力数量为原设计的28.6%;结构受力性能达到设计要求。在细部结构设计方面采用大尺寸剪力键、加劲肋类型转向块，便于节段安装和预应力转向。研究成果可为UHPC在节段预制拼装桥梁中的应用提供参考。     

透空式超高性能混凝土刚架拱桥设计与施工

透空式超高性能混凝土(简称UHPC)刚架拱桥利用UHPC材料的超高抗压强度、极佳抗拉强度、超高耐久性和低徐变性能等优点,解决了传统刚架拱桥易开裂、承载潜力低等问题,且施工快捷、造型美观。广东高恩高速公路建成了国内首座跨度达58m的透空式UHPC装配式行车刚架拱桥,现介绍该桥的设计要点、施工方法与施工监控,为该类型桥梁的推广应用提供经验。     

高性能混凝土在高架桥上的应用

现行规范对桥梁结构的使用年限提出了明确的要求,桥梁结构的耐久性设计已成为重点,高性能混凝土是确保结构物耐久性的重要措施。该文阐述了,在贵阳市某主干道高架桥设计中,从耐久性设计为出发点,选取了主体结构混凝土等级,并对主梁及桥墩按高性能混凝土进行设计,为高性能混凝土在桥梁结构上的应用提供参考。     

UHPC桥梁研究进展与规模化应用技术路径分析

工程材料的革新是推动土木工程结构发展的重要驱动力，工程结构的发展又将促进工程材料不断突破。超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)是一种具备超高强度、高韧、高耐久、高抗爆等优异性能的新型超级混凝土，能较好地适应下一代桥梁工程大跨化、轻型化、高性能化的发展趋势。为促进UHPC在桥梁工程领域的研究与应用，系统梳理了近年来UHPC桥梁学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了UHPC材料研究进展，包括材料组成、基本力学特性与桥梁用UHPC发展历程。然后对UHPC结构设计理论研究进行了梳理总结，包括考虑纤维贡献的UHPC结构受弯受剪计算理论、UHPC结构抗冲击、抗爆与疲劳计算方法等，并重点介绍了无腹筋UHPC桥梁、钢-UHPC组合桥梁、UHPC用于桥梁抗震、UHPC桥面铺装、UHPC用于桥梁加固等结构体系创新研究进展。基于以上UHPC研究与工程应用现状，指出了UHPC在桥梁工程领域规模化应用面临的关键问题、主要挑战及实现技术路径，以期对UHPC在桥梁工程领域的学术研究和规模化应用提供新的视角和参考。     

超高性能混凝土桥梁设计与施工 关键技术问题探讨

结合国外技术规范及指南、国内外研究成果及工程实践,探讨超高性能混凝土(UHPC)材料组分和最低抗压强度、UHPC桥梁设计理论和施工工艺等关键问题。对比法国标准与中国标准的差别,结合工程案例,分析预应力无主筋UHPC桥梁结构的优点,总结抗弯、抗剪、抗裂、疲劳和刚度设计方法。针对UHPC收缩较大、纤维取向不均和气孔等不足,探讨提升设计理念、改进施工工艺。     

韩国超高性能混凝土桥梁研究与应用

超高性能混凝土(简称UHPC)作为一种新型水泥基复合材料,其研究与应用得到韩国的重视。韩国自2007年开始进行了为期6年的超级桥梁(SUPER Bridge 200)研究计划。之后,从2013年开始,又开展了一项称为超级结构2020的计划(SUPER Structure2020),以推广高性能和超高性能混凝土的应用。目前,韩国已建和在建的UHPC桥梁4座,在海外应用其技术的有2座,成为国际上超高性能混凝土桥梁研究与应用的主要国家之一。该文着重介绍其中的两座桥,分别为世界上第一座UHPC拱桥和第一座UHPC斜拉桥,即主跨120m的仙游人行拱桥与主跨7m的Super Bridge I人行斜拉桥。     

超高性能混凝土在桥面铺装中的施工应用技术研究

超高性能混凝土(UHPC)具有极好的工作性,超高的强度和优异的耐久性。论文依托实体工程对UHPC施工原材料及施工配合比进行了设计,提出了桥面铺装超高性能混凝土的施工工艺,根据试验段钻芯取样的检测结果,结合室内试验的测试结果,提出了超高性能混凝土施工的质量控制措施。     

粒化高炉矿渣粉在高性能混凝土中的应用

在住宅建筑工程建设中,利用粒化高炉矿渣粉、混凝土用粉煤灰等作为外掺胶凝材料的技术应用比较普遍。由于公路、桥梁使用的受力多样性、使用特殊性,外掺材料在公路、桥梁实际施工中应用范围很窄。近年来高性能混凝土广泛应用及水泥等建筑材料价格涨幅较大,导致水泥混凝土成本居高不下,在保证满足质量设计、使用要求的基础上,在高性能混凝土中合理掺加矿渣粉降低混凝土成本、降低水化热、提高耐久性,是工程施工中需要改进的问题。     

钢-混组合梁桥面铺装UHPC施工要点研究

现有研究表明:UHPC可有效提升钢-混凝土组合梁负弯矩区桥面板抗拉能力,提高抗裂性能与刚度,但其工程应用研究较少,实践性成果不足.因此,以济阳路快速化改建工程项目为载体,将UHPC应用到钢-混凝土组合梁桥面板负弯矩区,归纳包括现场搅拌、浇筑和养护等环节在内的UHPC桥面铺装的施工技术要点,其应用效果良好,验证了相关理论研究成果的科学性与可靠性.     

预应力RC-UHPC简支组合箱梁设计

为改善混凝土箱梁的受力性能，提出预应力RC-UHPC简支组合箱梁新结构。以实际工程中某现浇预应力单箱双室简支箱梁桥为工程背景，开展设计研究，采用预应力RC-UHPC组合箱梁替代原设计的现浇箱梁，通过理论分析和MIDAS CIVIL相结合的方式，探讨了此结构的计算方法，并对设计的箱梁进行设计计算，结果表明所设计的新结构的抗弯承载力和最大变形量等均符合现行设计规范的要求。通过对原设计箱梁和新型箱梁的造价、施工便利性、耐久性等方面进行比较，发现所提出的新型箱梁的造价与原设计箱梁较为接近，但其混凝土和预应力筋的用量比原现浇桥减少了49.6%和21.1%，可采用预制吊装方案，施工方便，且腹板采用的UHPC抗裂性、耐久性均得到明显提高，具有广阔的应用前景。     

预制UHPC模壳增强RC桥墩设计方法与抗震性能分析

采用预制超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）永久模壳增强普通混凝土（Reinforced Concrete,RC）桥墩,可提高其抗震能力和耐久性能,同时加快桥梁施工速度。为研究预制UHPC永久模壳对桥墩抗震性能的影响,提出了预制模壳的设计方法,分析了其对桥墩的主动增强及被动约束机理;通过参数敏感性分析,研究了UHPC永久模壳关键参数对桥墩抗震性能的影响,包括UHPC抗压和抗拉强度等材料性能参数及模壳高度和厚度等几何参数。研究结果表明：永久模壳设计厚度由UHPC抗拉强度及桥墩截面尺寸控制,核心区混凝土浇筑温度及速度对其有一定影响,浇筑温度与模壳设计厚度呈逆相关,当浇筑温度从0℃上升到30℃时,模壳厚度约减小43%,而浇筑速度与模壳厚度呈正相关,当浇筑速度从0.5 m·h^-1增加到4 m·h^-1时,模壳厚度约增加30%;预制模壳的主动增强和被动约束作用可提高RC桥墩最大承载力和耗能能力15%以上,残余变形可减小17%以上;UHPC抗压和抗拉强度对新型桥墩初始刚度、最大承载力、耗能能力等性能指标影响较小,变化量均低于6%,提高UHPC抗压强度可有效降低新型桥墩的残余变形;预制UHPC模壳厚度和高度等几何参数主要影响新型桥墩的初始刚度和残余变形,对其耗能能力和最大承载力无显著影响;研究成果可为预制UHPC永久模壳增强混凝土桥墩的设计及抗震分析提供参考依据。     

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1;界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。     

预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

为解决传统混凝土简支梁桥接缝多、易开裂、耐久性低等问题,提出一种新型预制超高性能混凝土（UHPC）π形梁桥结构。研究了超高性能混凝土π形梁桥的主梁形式,并与相同30 m跨径传统混凝土T形梁桥进行了对比,结果表明其自重仅为传统混凝土T形梁桥的47%。参考材料试验结果,取设计用UHPC受压本构关系为线弹性,受拉本构关系为理想弹塑性,并根据法国超高性能纤维配筋混凝土（UHPFRC）结构规范对π形梁进行承载能力极限状态及正常使用极限状态下的配筋设计。为探究超高性能混凝土π形梁的抗剪及抗弯性能,对2根1：2截面缩尺梁模型进行试验研究及非线性有限元分析。结果表明：超高性能混凝土π形梁桥的初裂应力及承载能力均满足工程要求;纵向配筋率的提高能够显著提高梁底纵向开裂应变,限制裂缝开展;按法国规范计算相应荷载下的裂缝宽度值大于试验测量值,理论计算偏安全;试验值与模拟值吻合较好,验证了ABAQUS损伤塑性模型中所取材料参数的准确性和适用性;受拉塑性参数中的极限拉应力对于模拟结果影响较大,需根据试验获得准确数值。     

跨海大桥海工高性能混凝土的配制

根据跨海大桥对高性能混凝土的要求,从高性能混凝土原材料的选择、配合比设计、施工中的质量控制等几个方面阐述了高性能混凝土在跨海大桥工程中的应用,为高性能混凝土的进一步推广应用提供参考。     

超高性能混凝土在大跨度铁路桥梁钢桥面铺装中的应用

铁路桥钢桥面铺装主要作用是保护钢桥面免受道砟的磨损与雨水的侵蚀,为提高铁路钢桥面铺装的使用寿命,减少中期维修,对铁路钢桥面超高性能混凝土(UHPC)组合桥面铺装体系进行研究。以沪通长江大桥主航道桥为背景工程,制作带UHPC铺装层的正交异性钢桥面板单U肋梁模型进行抗水渗性能试验,并结合实桥进行UHPC组合桥面铺装体系设计和施工工艺研究。结果表明:UHPC组合桥面体系在无裂缝时抗渗性能满足使用要求,可有效保护钢板免受雨水侵蚀,带裂缝的组合桥面,运营过程中裂缝会逐渐闭合,阻止雨水进一步渗透,具有较强的抗渗能力储备;为避免新浇混凝土开裂,UHPC应严格按规范流程施工,施工温度宜选择15~25℃,浇筑后应及时覆膜保湿养护。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

UHPC 湿接缝浇筑在排水工程中的施工应用控制

预制拼装技术是水务结构施工工艺的重要发展趋势,接缝处理是当前预制拼装技术的关键技术难点。超高性能混凝土（UHPC）具有强度高、韧性大、耐久性好等技术优势,成为解决预制拼装结构接缝连接的有效途径。考虑到该技术在水务工程领域应用相对较少,根据实际工程开展了相关的研究。首先,针对UHPC湿接缝在排水结构的适用性问题、临时支撑的快速周转、高温与低温施工等难点进行了分析研究,通过全尺寸UHPC浇筑工艺试验,对施工参数进行了探索,并提出了高温与低温条件下浇筑策略。研究保证了UHPC湿接缝浇筑施工的顺利进行,有效提高了预制拼装施工效率,提升了湿接缝浇筑质量。     

跨海桥梁混凝土结构耐久性设计

近年来的桥梁设计十分重视提高结构物的耐久性并将其作为重要的设计原则,统一考虑合理的结构布局和构造细节。海南清澜大桥是较长的跨海桥梁,该桥梁结构的耐久性设计成为设计中的难点和重点。结合工程实践阐述结构耐久性设计的具体措施和设计要点。