超高性能混凝土在鋼橋面鋪裝的應(yīng)用研究

孫楊

摘要：近些年來(lái)國(guó)內(nèi)的特大跨徑正交異性鋼橋面的橋梁大多使用的都是柔性鋪裝的方法來(lái)進(jìn)行施工的。因?yàn)槭褂眠@一種施工方法整體的橋梁非常容易出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)上的疲勞開(kāi)裂和鋪設(shè)層的開(kāi)裂、脫層、擁包等不良因素，給整體的橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)不小的安全隱患。伴隨著新工藝、新材料的相繼運(yùn)用和超高性能混凝土的大量使用。整體鋼橋面的鋪裝施工得到了非常好多保障。

關(guān)鍵詞：正交異性鋼橋面板；鋼橋面鋪裝；超高性能混凝土

1工程概況

1.1此文以長(zhǎng)江上某處在建的跨江大堤橋梁為研究的背景，整體的橋垮布置為兩百三十七米，上層結(jié)構(gòu)使用的是UHPC組合橋面板鋼箱梁而成的結(jié)構(gòu)。橋梁的整體寬度為三十三點(diǎn)五米，鋼箱梁是單箱單室的結(jié)構(gòu)，整體的梁高為三點(diǎn)六米。鋼箱梁的單幅梁寬為十六點(diǎn)七三米，箱體的整體寬度為七點(diǎn)五米。各個(gè)梁段頂板之間的厚度為十四毫米，頂板使用U肋來(lái)進(jìn)行加勁，厚度都為八毫米。底板在順橋向各個(gè)不相同區(qū)段使用了二十毫米、二十五毫米、三十毫米三種不同的板厚，為了施工更加的方便，底板的下緣保持平齊。橋面的鋪設(shè)使用的是六厘米的超高性能混凝土加上防水層和四厘米的瀝青混凝土鋪設(shè)而成的。箱梁的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布設(shè)如下圖所示。

1.2超高性能混凝土概述

相較于傳統(tǒng)的混凝土，超高性能混凝土在原有的基礎(chǔ)上提升了整體的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。因?yàn)槌咝阅芑炷劣兄^高的強(qiáng)度和剛度以及耐久性，從而使得這一種材料在當(dāng)前的橋梁施工當(dāng)中得到了非常廣泛的使用。但是，這一種材料還是有著一個(gè)缺點(diǎn)，在面板和梁之間的連接點(diǎn)通常都要有著較厚的截面來(lái)確保剪切的連接，從而這樣的情況就使得甲板上的超高性能混凝土不能太薄和較輕。

2模型有限元解析

2.1利用ANSYS軟件來(lái)進(jìn)行典型橋斷有限元模型的構(gòu)建，鋼箱部分的單元使用SHELL63來(lái)進(jìn)行模擬，橋面的超高性能混凝土單位使用SOLID45來(lái)進(jìn)行模擬。整體的坐標(biāo)系方向定義為：縱橋向?yàn)閄軸，豎向?yàn)閅軸，橫橋向?yàn)閆軸。邊界條件為梁段。梁段使用固定約束，進(jìn)而來(lái)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行約束。進(jìn)而在以上的基礎(chǔ)上來(lái)解析模型考慮到的荷載主要有恒載、活載和溫度荷載。

2.2如果想要更好的去分享和對(duì)比超高性能混凝土對(duì)鋼箱梁各個(gè)部位受力情況的作用效果，那么就必須要分別對(duì)使用柔性鋪設(shè)方法和使用超高性能混凝土鋪設(shè)方案的鋼箱梁頂板、底板、腹板、頂板加勁肋等的主要結(jié)構(gòu)使用ANSYS進(jìn)行有限元的解析。

2.3考慮不同荷載情況的工況組合，鋼箱梁主要的受力結(jié)構(gòu)在使用柔性鋪設(shè)方案和超高性能混凝土鋪設(shè)方案作用下，Von Mises應(yīng)力的對(duì)比表如下所示。

2.4如上表當(dāng)中所示，相較于使用傳統(tǒng)的柔性鋪設(shè)方案，使用超高性能混凝土來(lái)進(jìn)行鋪設(shè)可以有效的改善整體鋼箱梁頂板和頂板加勁的受力狀況，Von Mises應(yīng)力的降少幅度可以達(dá)到30%以上，對(duì)于別的部位應(yīng)力改善卻沒(méi)有較好的效果。

3超高性能混凝土的特征

3.1耐久性

根據(jù)相關(guān)的資料解析，超高性能混凝土具有較強(qiáng)的綜合物理性能，同時(shí)有著早期收縮小的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性和抗碳化性以及抗離子滲透的性能，這一種建筑材料氯離子的擴(kuò)散系數(shù)可以達(dá)到每小時(shí)10-9平方厘米，同時(shí)孔隙率還要低于5%，表面的空隙和小孔經(jīng)為主，并且分布的都非常的均勻，這種獨(dú)有的表面結(jié)構(gòu)說(shuō)明了這一種材料有著較強(qiáng)的抗極端環(huán)境的能力。

3.2應(yīng)變性能

超高性能混凝土這一種材料的另一種基本特征是在混凝土的抗壓能力提高以后，整體的軸壓應(yīng)力和峰值都會(huì)出現(xiàn)不斷的增大的情況。當(dāng)前這一種材料具有非常高的軸壓應(yīng)變能力，但是在性能上還是有著一定的缺陷，伴隨著強(qiáng)度的不斷提升，會(huì)使得極限應(yīng)變能力不斷的出現(xiàn)下降的情況，從這點(diǎn)可以很好的看出，超高性能混凝土的整體強(qiáng)度是可以不斷提升的，但是材料的綜合應(yīng)變性能就會(huì)出現(xiàn)下降的情況。所有，在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中必須要科學(xué)的去確認(rèn)混凝土的強(qiáng)度和應(yīng)變性能和現(xiàn)澆的次數(shù)，從而使得整體橋梁的結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定。

3.4抗壓強(qiáng)度

混凝土的特性就是伴隨著抗壓強(qiáng)度的不斷提升，材料的整體抗拉能力會(huì)出現(xiàn)下降的情況，同時(shí)在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中對(duì)于抗拉強(qiáng)度的測(cè)試是非常困難的，并且這一種測(cè)試也沒(méi)有得到相關(guān)人員的重視。因?yàn)槌咝阅芑炷辆哂休^高的物理性能，材料物理化學(xué)自身的抗拉能力也能夠達(dá)到10MPa，進(jìn)而會(huì)影響到整體的建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。所以，在超高性能混凝土當(dāng)中運(yùn)用到抗拉強(qiáng)度的測(cè)試是非常具有意義的。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查和資料可以看出，超高性能混凝土有著非常好的裂縫控制效果，這一種材料可以將抗拉應(yīng)變提升3%以上，即便在裂縫大量出現(xiàn)的情況下，這一種建筑材料也可以很好的施展出它優(yōu)良的物理性能。

結(jié)束語(yǔ)：伴隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，各種新型材料和全新的工藝都在不斷的進(jìn)行著創(chuàng)新，混凝土的強(qiáng)度也是越來(lái)越使用高，在高強(qiáng)度、高性能混凝土的基礎(chǔ)上，超高性能混凝土創(chuàng)新而出。超高性能混凝土憑著它較強(qiáng)的綜合性能，在當(dāng)前的橋梁工程施工當(dāng)中得到了非常好的運(yùn)用。

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（作者單位：華北水利水電大學(xué)）