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  • UHPC在桥梁工程上的运用

    2019-09-18 16:09来源:华新新材编辑:砼免费领取红包的二维码

    UHPC(超高性能混凝土)可有效减轻结构自重,提高结构的跨越能力,适合装配化施工,有望解决现有常规桥梁结构存在的诸多技术难题,具有广阔的应用前景。

    从全球范围来看,UHPC应用于桥梁工程已有二十余年历史。近年来,由于该材料具备优异的力学性能和耐久性能,渐渐成为国内桥梁工程领域施工的热门选择。

    那么,UHPC材料应该如何用于桥梁的建造呢?让我们来瞧瞧它们之间的“故事”吧!

    一、UHPC预制桥梁

    作为城市步行空间的组成部分,人行天桥不但在城市中发挥着缓解交通压力、疏散人流、为行人提供安全舒适的出行环境等重要作用,而且已经成为城市中一道亮丽的风景线。

    未来,人行天桥的建设应遵循以下两个宗旨:

    ①从技术出发,尽量减轻桥体本身重量,节约用材并保证其耐久性;

    ②强化人行天桥的景观效应,使其在满足使用功能的基础上得到艺术的升华。

    UHPC十分契合人行天桥的未来发展趋势,采用超可隆和Ductal系列产品建设的人行天桥具有以下特点:

    ①材料强度高、结构自重轻40%;

    ②结构耐久性好,维护费用低;

    ③颜色和纹理多样,可做造型设计。

    Ductal全预制大跨度人行天桥——韩国首尔和平桥

    2002年建成的韩国和平人行桥(Peace Foot Bridge)是一座主跨为120m的UHPC拱桥。该桥采用Ductal解决方案建造,由6个预制后张预应力π型节段组成,截面高1.3m。

    此外,韩国还分别在2007年和2013年提出Super Bridge 200计划和Super Structure 2020计划,推广UHPC在桥梁等领域额应用。

    二、UHPC桥梁预制构件

    装配式桥梁是未来桥梁发展的趋势之一,装配式桥梁可以解决传统现浇严重影响交通、质量控制难、劳动力成本高等问题,符合绿色、低碳、环保的发展理念。

    而制约装配式发展的主要难点在于:

    ①钢筋混凝土预制构件尺寸和自重大,难以吊装和运输;

    ②预制构件的节点和接缝连接质量难以保证,容易出现病害。

    UHPC优异的力学性能则可以解决以上问题:

    ①UHPC可大大减轻预制构件尺寸和自重,且保证预制构件承载力等力学性能;

    ②节点连接可大大简化,便于施工,且节点更加牢固,地震作用下不会成为整个桥梁的薄弱点。

    法国首座UHPC公路桥——采用Ductal方案

    2001年,法国建成了第一座UHPC公路桥,该桥由高0.9m的预制先张预应力双T型梁拼装而成,分为20.5m和22m两跨。对比普通混凝土设计方案,采用的UHPC方案能极大减少普通钢筋和预应力钢筋的数量,可以将桥梁的总体自重减小到1/3左右。

    美国小雪松溪公路桥

    美国爱荷华州奥坦瓦的小雪松溪(Little Cedar Creek bridge)公路桥于2016年建成,桥长18.2m、宽10m。其中桥面板采用厚度为200mm的Ductal华夫板。虽然桥面跨距较长,但因为桥面板采用厚度为200mm的Ductal华夫板,相比普通混凝土桥面板自重减少约30%,维护费用低,施工速度快,可以适应冻融、腐蚀性强等恶劣环境。

    三、UHPC桥面修复

    桥面铺装层破坏一直是困扰设计师的难点,传统沥青混凝土铺装方案在荷载长期作用下,很难达到设计使用寿命,尤其是钢桥面铺装层,使用寿命仅为5~8年。

    采用UHPC和沥青组合的方式,可以很好的解决这个难题。只需在主梁上铺设一定厚度的UHPC,即可完成铺装,无需铺设防水层。施工简单快捷,可以快速恢复通行,且铺装层使用寿命长。(请看以下两个案例)

    四川万源跨河大桥采用超可隆桥面铺装解决方案

    在多年重载交通的负荷下,跨径69.7米的四川万源跨河大桥的桥面出现了严重破损。2019年,该桥采用超可隆桥面铺装解决方案,通过6厘米的超可隆桥面铺装层,在不增加桥面重量荷载的情况下,完成了桥面的修复,并显着提升桥梁使用寿命,施工时间仅为20天。

    修复后的万源跨河大桥

    四川渠县公路桥采用铺装超可隆维修方案

    因桥面坑洞破损多、运载能力下降,四川渠县公路桥的桥面需要进行修复,当时还面临着施工窗口期短的情况。该桥采用了凿除原有普通混凝土铺装层,铺装6厘米超可隆的维修方案,在20天内完成桥面铺装施工。

    路桥修复后通行重载车辆

    该方案的优势在于:

    ①强度高,可降低桥梁自重

    ②快速恢复通车,3天后可通行80吨重载矿车

    ③韧性好,能够承载矿车大量通行

    四、UHPC桥面板湿接缝

    桥面板湿接缝的处理也是桥梁工程中的难点。常规普通混凝土湿接缝设计方案存在很多问题:

    1、湿接缝钢筋分布密集,导致混凝土极难浇筑密实,施工难度大。

    2、湿接缝宽度过大,现场工程量大。

    3、湿接缝处受力情况复杂,易于破坏,属于桥梁结构中的薄弱点。

    采用UHPC浇筑湿接缝可以很好地解决上述问题:

    (1)极大减少湿接缝处钢筋的数量,UHPC流动性良好,无粗骨料,可以保证现场浇筑的施工质量。

    (2)湿接缝宽度可以减少到1/3以上,大大降低现场施工的作业量。

    (3)UHPC自身优异的力学性能,可以保证湿接缝从原本的薄弱点变成现在的强点。

    武汉长丰桥采用超可隆方案维修伸缩缝

    武汉长丰桥是武汉城区汉江上的第五座公路桥,全桥长1146米,其中主桥跨径252米,边拱跨径60米,桥宽27米,设双向六车道,主桥采用带半拱边跨的中承式钢管砼系杆拱桥。

    2017年,武汉长丰桥伸缩缝在服役多年后出现了箱梁破损、混凝土松动、钢筋外露的问题。经过方案论证,长丰桥桥面引桥与主桥连接段采用超可隆6厘米方案进行了伸缩缝维修,效果良好。

    长丰桥铺装超可隆铺装层前裂纹明显(铺装一年半后)刨开检查,未见裂纹

    五、UHPC桥面拓宽

    改革开放后,桥梁建设一直在不断进步发展。部分早期修建的桥梁,车辆通行能力已无法满足现状的交通流量,因此桥面拓宽同样也是现在桥梁维修中的重点之一。

    早期的桥梁设计秉承着在满足设计要求的情况下尽量节约材料的传统观念,因此桥梁墩柱的承载力富余量较小。因此,常规的桥面拓宽除了对桥面进行扩宽以外,还需对墩柱进行加固,造价十分昂贵,有些甚至超过了重新修建的价格。

    采用UHPC进行桥面拓宽,桥面板自重较普通混凝土大大减小,可以保证在不对桥梁墩柱进行加固的情况下进行扩宽,因此造价可以极大的降低,是目前最具经济性的巧妙拓宽解决方案。


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