超高性能混凝土在鋼橋面鋪裝的應用研究

孫楊

摘要：近些年來國內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進行施工的。因為使用這一種施工方法整體的橋梁非常容易出現鋼結構上的疲勞開裂和鋪設層的開裂、脫層、擁包等不良因素，給整體的橋梁結構帶來不小的安全隱患。伴隨著新工藝、新材料的相繼運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，上層結構使用的是UHPC組合橋面板鋼箱梁而成的結構。橋梁的整體寬度為三十三點五米，鋼箱梁是單箱單室的結構，整體的梁高為三點六米。鋼箱梁的單幅梁寬為十六點七三米，箱體的整體寬度為七點五米。各個梁段頂板之間的厚度為十四毫米，頂板使用U肋來進行加勁，厚度都為八毫米。底板在順橋向各個不相同區段使用了二十毫米、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而成的。箱梁的標準橫斷面布設如下圖所示。

1.2超高性能混凝土概述

相較于傳統的混凝土，超高性能混凝土在原有的基礎上提升了整體的抗壓強度和抗拉強度。因為超高性能混凝土有著較高的強度和剛度以及耐久性，從而使得這一種材料在當前的橋梁施工當中得到了非常廣泛的使用。但是，這一種材料還是有著一個缺點，在面板和梁之間的連接點通常都要有著較厚的截面來確保剪切的連接，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軟件來進行典型橋斷有限元模型的構建，鋼箱部分的單元使用SHELL63來進行模擬，橋面的超高性能混凝土單位使用SOLID45來進行模擬。整體的坐標系方向定義為：縱橋向為X軸，豎向為Y軸，橫橋向為Z軸。邊界條件為梁段。梁段使用固定約束，進而來對所有節點的位移和轉動進行約束。進而在以上的基礎上來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比超高性能混凝土對鋼箱梁各個部位受力情況的作用效果，那么就必須要分別對使用柔性鋪設方法和使用超高性能混凝土鋪設方案的鋼箱梁頂板、底板、腹板、頂板加勁肋等的主要結構使用ANSYS進行有限元的解析。

2.3考慮不同荷載情況的工況組合，鋼箱梁主要的受力結構在使用柔性鋪設方案和超高性能混凝土鋪設方案作用下，Von Mises應力的對比表如下所示。

2.4如上表當中所示，相較于使用傳統的柔性鋪設方案，使用超高性能混凝土來進行鋪設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應力的降少幅度可以達到30%以上，對于別的部位應力改善卻沒有較好的效果。

3超高性能混凝土的特征

3.1耐久性

根據相關的資料解析，超高性能混凝土具有較強的綜合物理性能，同時有著早期收縮小的特點，具有較強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散系數可以達到每小時10-9平方厘米，同時孔隙率還要低于5%，表面的空隙和小孔經為主，并且分布的都非常的均勻，這種獨有的表面結構說明了這一種材料有著較強的抗極端環境的能力。

3.2應變性能

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，整體的軸壓應力和峰值都會出現不斷的增大的情況。當前這一種材料具有非常高的軸壓應變能力，但是在性能上還是有著一定的缺陷，伴隨著強度的不斷提升，會使得極限應變能力不斷的出現下降的情況，從這點可以很好的看出，超高性能混凝土的整體強度是可以不斷提升的，但是材料的綜合應變性能就會出現下降的情況。所有，在實際的運用當中必須要科學的去確認混凝土的強度和應變性能和現澆的次數，從而使得整體橋梁的結構得到穩定。

3.4抗壓強度

混凝土的特性就是伴隨著抗壓強度的不斷提升，材料的整體抗拉能力會出現下降的情況，同時在實際的運用當中對于抗拉強度的測試是非常困難的，并且這一種測試也沒有得到相關人員的重視。因為超高性能混凝土具有較高的物理性能，材料物理化學自身的抗拉能力也能夠達到10MPa，進而會影響到整體的建筑結構強度。所以，在超高性能混凝土當中運用到抗拉強度的測試是非常具有意義的。根據相關的調查和資料可以看出，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變提升3%以上，即便在裂縫大量出現的情況下，這一種建筑材料也可以很好的施展出它優良的物理性能。

結束語：伴隨著當前科技的不斷發展，各種新型材料和全新的工藝都在不斷的進行著創新，混凝土的強度也是越來越使用高，在高強度、高性能混凝土的基礎上，超高性能混凝土創新而出。超高性能混凝土憑著它較強的綜合性能，在當前的橋梁工程施工當中得到了非常好的運用。

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（作者單位：華北水利水電大學）