超高性能混凝土在钢桥面铺装的应用研究

孙杨

摘要：近些年来国内的特大跨径正交异性钢桥面的桥梁大多使用的都是柔性铺装的方法来进行施工的。因为使用这一种施工方法整体的桥梁非常容易出现钢结构上的疲劳开裂和铺设层的开裂、脱层、擁包等不良因素，给整体的桥梁结构带来不小的安全隐患。伴随着新工艺、新材料的相继运用和超高性能混凝土的大量使用。整体钢桥面的铺装施工得到了非常好多保障。

关键词：正交异性钢桥面板；钢桥面铺装；超高性能混凝土

1工程概况

1.1此文以长江上某处在建的跨江大堤桥梁为研究的背景，整体的桥垮布置为两百三十七米，上层结构使用的是UHPC组合桥面板钢箱梁而成的结构。桥梁的整体宽度为三十三点五米，钢箱梁是单箱单室的结构，整体的梁高为三点六米。钢箱梁的单幅梁宽为十六点七三米，箱体的整体宽度为七点五米。各个梁段顶板之间的厚度为十四毫米，顶板使用U肋来进行加劲，厚度都为八毫米。底板在顺桥向各个不相同区段使用了二十毫米、二十五毫米、三十毫米三种不同的板厚，为了施工更加的方便，底板的下缘保持平齐。桥面的铺设使用的是六厘米的超高性能混凝土加上防水层和四厘米的沥青混凝土铺设而成的。箱梁的标准横断面布设如下图所示。

1.2超高性能混凝土概述

相较于传统的混凝土，超高性能混凝土在原有的基础上提升了整体的抗压强度和抗拉强度。因为超高性能混凝土有着较高的强度和刚度以及耐久性，从而使得这一种材料在当前的桥梁施工当中得到了非常广泛的使用。但是，这一种材料还是有着一个缺点，在面板和梁之间的连接点通常都要有着较厚的截面来确保剪切的连接，从而这样的情况就使得甲板上的超高性能混凝土不能太薄和较轻。

2模型有限元解析

2.1利用ANSYS软件来进行典型桥断有限元模型的构建，钢箱部分的单元使用SHELL63来进行模拟，桥面的超高性能混凝土单位使用SOLID45来进行模拟。整体的坐标系方向定义为：纵桥向为X轴，竖向为Y轴，横桥向为Z轴。边界条件为梁段。梁段使用固定约束，进而来对所有节点的位移和转动进行约束。进而在以上的基础上来解析模型考虑到的荷载主要有恒载、活载和温度荷载。

2.2如果想要更好的去分享和对比超高性能混凝土对钢箱梁各个部位受力情况的作用效果，那么就必须要分别对使用柔性铺设方法和使用超高性能混凝土铺设方案的钢箱梁顶板、底板、腹板、顶板加劲肋等的主要结构使用ANSYS进行有限元的解析。

2.3考虑不同荷载情况的工况组合，钢箱梁主要的受力结构在使用柔性铺设方案和超高性能混凝土铺设方案作用下，Von Mises应力的对比表如下所示。

2.4如上表当中所示，相较于使用传统的柔性铺设方案，使用超高性能混凝土来进行铺设可以有效的改善整体钢箱梁顶板和顶板加劲的受力状况，Von Mises应力的降少幅度可以达到30%以上，对于别的部位应力改善却没有较好的效果。

3超高性能混凝土的特征

3.1耐久性

根据相关的资料解析，超高性能混凝土具有较强的综合物理性能，同时有着早期收缩小的特点，具有较强的抗腐蚀性和抗碳化性以及抗离子渗透的性能，这一种建筑材料氯离子的扩散系数可以达到每小时10-9平方厘米，同时孔隙率还要低于5%，表面的空隙和小孔经为主，并且分布的都非常的均匀，这种独有的表面结构说明了这一种材料有着较强的抗极端环境的能力。

3.2应变性能

超高性能混凝土这一种材料的另一种基本特征是在混凝土的抗压能力提高以后，整体的轴压应力和峰值都会出现不断的增大的情况。当前这一种材料具有非常高的轴压应变能力，但是在性能上还是有着一定的缺陷，伴随着强度的不断提升，会使得极限应变能力不断的出现下降的情况，从这点可以很好的看出，超高性能混凝土的整体强度是可以不断提升的，但是材料的综合应变性能就会出现下降的情况。所有，在实际的运用当中必须要科学的去确认混凝土的强度和应变性能和现浇的次数，从而使得整体桥梁的结构得到稳定。

3.4抗压强度

混凝土的特性就是伴随着抗压强度的不断提升，材料的整体抗拉能力会出现下降的情况，同时在实际的运用当中对于抗拉强度的测试是非常困难的，并且这一种测试也没有得到相关人员的重视。因为超高性能混凝土具有较高的物理性能，材料物理化学自身的抗拉能力也能够达到10MPa，进而会影响到整体的建筑结构强度。所以，在超高性能混凝土当中运用到抗拉强度的测试是非常具有意义的。根据相关的调查和资料可以看出，超高性能混凝土有着非常好的裂缝控制效果，这一种材料可以将抗拉应变提升3%以上，即便在裂缝大量出现的情况下，这一种建筑材料也可以很好的施展出它优良的物理性能。

结束语：伴随着当前科技的不断发展，各种新型材料和全新的工艺都在不断的进行着创新，混凝土的强度也是越来越使用高，在高强度、高性能混凝土的基础上，超高性能混凝土创新而出。超高性能混凝土凭着它较强的综合性能，在当前的桥梁工程施工当中得到了非常好的运用。

参考文献：

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（作者单位：华北水利水电大学）