力与美的完美结合!超高性能混凝土在桥梁工程的应用

redflag 发表于 2019-1-6 21:56:22 | 显示全部楼层 | 阅读模式
       超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料,自1993年研发成功后,便引起了桥梁界的极大兴趣和高度重视。在桥梁工程中,UHPC已被应用于主梁结构、拱桥主拱、华夫板桥面结构、桥梁接缝及旧桥加固等多方面。

UHPC材料在全球桥梁工程中的应用
加拿大
1997年在加拿大魁北克省舍布鲁克市建成了世界上第一座UHPC人行桥Sherbrooke人行桥,该桥为预应力UHPC空间桁架结构,跨径60m,采用了法国的UHPC材料,如图1所示。桥面板采用3cm厚UHPC板,桁架腹杆采用直径15cm的钢管UHPC,下弦采用10m预制UHPC梁节段,节段内未配置普通钢筋,仅采用后张预应力拼装而成。由于UHPC的使用结构自重大大减轻,并有效抵抗了当地严冬零下30℃条件反复冻融侵蚀,该桥在1999年获得Nova奖提名。


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图1  加拿大Sherbrooke人行桥

法国
法国是第一个将UHPC成功商业化的国家,并于 2001 年建成了世界上最早的UHPC 公路桥–Bourg-lès-Valence OA4和OA6 跨线桥。OA4 桥主梁为跨径22.5m的π形UHPC梁,高0.9m,宽2.4m,UHPC桥面板厚仅11cm,梁重37吨。2005 年,法国建造了跨径为47.4m的UHPC 箱形梁公路桥–PS34 跨线桥,UHPC箱形主梁顶板宽4.4m,高度1.63m。UHPC桥面板上不铺设防水层和沥青混凝土铺装层,厚度14cm的箱梁顶板既是桥面板也是行车道路面板。

日本
2002年,日本第一座UHPC人行桥Sakata-Mirai 桥建造完成,如图2所示,该桥主跨跨径49.2m,主梁截面形式为箱梁,采用预制拼装法施工,预制梁段间采用预应力张拉拼接完成。此后,日本相继建造了多座UHPC人行桥,如Yamagata桥和Tahara桥等均采用了箱梁截面作为主梁的截面形式。日本第一座公路UHPC桥梁为修建于2005年的Horikoshi Highway C-ramp Fukuoka 桥,跨径为16m。非常有意思的是,2006年日本将UHPC材料应用于顶推导梁的下弦杆,完成了一座全长554m长,11m宽的预应力混凝土波形钢腹板箱梁桥(Torisalogawa桥)的顶推施工,如图3所示。


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图2  日本Sakata-Mirai人行桥

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图4  日本Torisalogawa 桥顶推导梁及顶推施工


德国
2005年,德国开展了一个超过20个研究机构参与,经费达1200万欧元的UHPC研究项目“Sustainable Building with UHPC”(基于UHPC的可持续建筑),为制定全面的UHPC技术标准提供研究成果。于2007年,德国Kassel修建了第一座多跨UHPC桥梁Gärtnerplatz桥。该桥为人行和自行车两用桥梁,共有6跨,桥长133.2m,最大跨径36m,跨越Fulda河,如图4所示。该桥中的UHPC使用在了两个位置:(1) UHPC-钢桁架组合结构,(2) 桥面板;其中UHPC桥面板与桁架的上弦杆通过环氧树脂胶连接。Gärtnerplatz桥为世界上首座UHPC-钢组合桥梁。


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图4 德国Gärtnerplatz桥

中国
2016年,长沙建成了一座长70.8m(主跨36.8m),宽6.5m的UHPC跨街天桥,如图5所示。上部结构采用预应力超高性能混凝土鱼腹式单箱三室连续箱梁,UHPC强度等级为R150,箱梁顶宽6.6m,底宽3.0m,中心梁高1.35m,顶板厚12cm,底板厚8cm,腹板厚20cm。采用节段预制、现场支架拼装的施工方法,全桥共分15个节段,标准节段长4.6m,最大节段重量为51.3t。箱梁按部分预应力A类混凝土构件设计,配置全体内预应力束,预应力孔道采用强度等级120MPa的高性能灌浆料DSP(Densified with Small Particles)进行灌注。下部结构桥墩采用双向曲线花瓶墩,强度等级为R100,栏杆采用R150预制栏杆。


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图5  长沙UHPC跨街天桥

马来西亚
2010年,马来西亚修建了国内第一座UHPC-RC公路组合桥梁,如图6所示。大桥单跨跨径50m,其UHPC主梁为U形梁,U形梁断面尺寸为1.75m高、顶2.5m宽和底1.4m宽,腹板厚15cm。RC桥面板为4m宽,厚200mm,现浇施工。该桥的UHPC梁中未配置任何抗剪钢筋,设计使用寿命为120年。


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图6 马来西亚Kampung Linsum桥

捷克
2015年,在欧洲捷克建成了跨径156m的人行斜拉桥,如图7,采用UHPC梁板式主梁,主梁截面尺寸设计如图7所示,主梁宽度约为3.6m,梁高度为60cm而中间板厚度仅为6cm。桥梁结构采用预制拼悬臂装法施工,预制节段长度为12m,每个主塔在主跨侧仅需悬臂吊装施工7个预制梁段,施工快速且便捷。


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图7 捷克Celakovice人行斜拉桥

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图8 捷克Celakovice人行斜拉桥主梁截面及施工



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