【《UHPC节段预制拼装梁桥发展研究文献综述》2900字】

UHPC节段预制拼装梁桥发展研究文献综述1.1UHPC材料超高性能混凝土（UHPC）以前被称作活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete，RPC)，由法国公司布依格(Bouygues)[16]最早研发，是一种具有超高性能的水泥基复合材料。RPC材料研发之处便申请了专利，具有一定的商业产品的特点。法国学者DeLarrard[17]为了避免专利商业侵权，同时为了更好地研究和发展这种材料，在1994年，将这类新型材料称作超高性能混凝土(UItra-HighPerformanceConcrete，UHPC)。UHPC材料主要的配合成分包括水泥、石英砂、硅灰、钢纤维以及各类高效减水剂等。根据Horsfield模型、Aim&Goff模型S、tovall模型这三种最为经典的最大堆积密度模型进行UHPC配合比设计，能够达到减少水分以及空气其内部的填充比例，最终获得理论上密实度最高的材料，从而实现低水胶比、低孔隙率，达到超高强度和超高耐久性的目的[18][19]。超高性能混凝土的主要特点有：(1)UHPC材料具有高强度、高耐久性的特点。UHPC材料的配合组分以及配制机理，实现了低水胶比、低孔隙率，材料密实度高，游离水几乎为零。因此，与普通混凝土相比，UHPC具有超高的强度以及超高的耐久性能。(2)UHPC材料具有较高的材料韧性[20]。UHPC材料掺入比重较大的钢纤维，钢纤维长短不一，使材料的断裂能达到20000~40000J/m2[21]。与普通混凝土相比，UHPC材料断裂能高出两个数量级以上，抗折强度也高出一个数量级。(3)UHPC材料具有良好的流动性。UHPC材料工作性能接近自流平混凝土，跳桌流动度达200mm以上。与普通混凝土相比，在薄壁构件的制作中，UHPC材料能充盈到模板各个位置，结构质量高。1.2UHPC在桥梁工程中应用UHPC材料具有优秀的力学性能和良好的耐久性，自从其问世以来，已经被广泛的应用于公共建筑、海洋水利工程、大跨桥梁以及机场工程等领域。在桥梁工程领域，UHPC材料主要应用于主梁、拱桥主拱、桥面板、桥梁接缝及桥梁加固等方面[22]。据不完全统计，包括法国、澳大利亚、日本、美国、瑞士、中国等国家在内，已有超过400座桥梁采用了UHPC材料（见表1-1），其中超过200座采用UHPC材料作为桥梁的主要受力构件[23]-[25]。表1-1UHPC在桥梁工程中的应用时间桥梁名称国家结构体系跨度(m)UHPC应用位置1997SherhrookeFootbridge加拿大桁架桥60桁架弦杆、桥面板2002Sunyudo（Peace）Footbridge韩国中承式拱桥120主拱2007GärtnerplatzFootbridge德国桁架桥36桁架弦杆、桥面板2010WildBridge奥地利上承式拱桥70箱形拱肋2014Batu6Bridge马来西亚预应力箱梁桥100预制节段箱梁2016长沙北辰虹桥中国预应力连续箱梁桥36.8预制节段箱梁2020南京长江五桥中国组合梁斜拉桥600组合梁桥面板目前UHPC材料已在桥梁工程中得到了广泛应用。值得注意的是，在表1-1所述的UHPC应用于主体结构的桥梁中，70%以上为预制结构。UHPC适用于装配式预制构件主要的优势有以下几点：（1）桥梁上部结构自重轻。UHPC材料具有超高的强度，材料的比强度接近钢材。因此，在相同荷载作用下，UHPC桥梁可以大幅减小结构构件尺寸，桥梁的高跨比也得以降低。结构尺寸的减小使得UHPC材料用量降低，与普通混土相比结构自重得到了40%-60%减小，从而使得桥梁结构轻型化，也给结构的工厂化预制以及装配化施工带来方便。另外，上部结构自重的减小，相应的下部结构桥墩、基础受到的其传递的自重荷载也得以减小。因此下部结构的设计要求大为降低，施工成本以及桥梁总体造价都得到了很大程度的控制。（2）桥梁耐久性好，有利于装配式制造施工[13]。UHPC材料的密实度远高于普通混凝土，UHPC桥梁结构具有良好的耐久性和耐腐蚀性，用于预制装配式桥梁中，避免了混凝土预制构件上部结构连接节点易开裂、破损、渗漏，耐久性较差等问题。UHPC自身材料具有抗压性能高以及具有一定抗拉性能，这使得结构设计可减少或取消普通钢筋，从而减少工艺环节，减少操作人员参与UHPC桥梁构件制造过程，提高机械自动化施工率，具备实现大规模装配制造的施工条件。1.3UHPC在装配式桥梁中应用中国城市桥梁建设的发展经历了三个重要过程。从1960年到1990年，城市桥梁建设处于早期阶段。桥梁结构主要为现浇梁板结构，辅以预制T梁和空心板，经济技术发展缓慢。桥梁规模小，形式单一，主要要求是经济实用，对桥梁景观的要求不高。从1990年到2010年，我国城市桥梁建设处于中期阶段，桥梁结构主要由空心板、预制箱梁、节段预制拼装箱梁以及组合梁桥组成。随着经济和技术的飞速发展，该阶段有许多大规模系统桥梁工程。桥梁规模大，形式复杂多样，对景观的要求日益增高。从2011年至今，城市桥梁建设已进入近期阶段，桥梁结构主要为全装配结构。现阶段，随着经济技术的飞速发展，交通压力逐渐增大，传统建筑模式的弊端日益突出。在国家政策的指导下，倡导绿色发展，再加上新材料和新技术的引入，通过不断的研发和工程实践，预制桥梁得到了全面、快速的发展[26][27]。装配式桥梁根据构件吊装类型可以分为纵向划分的节段拼装桥梁，如图1-1a)、横向划分的分片整孔吊装桥梁，如图1-1b)、纵横向划分的分块吊装桥梁，如图1-1c)、全截面预制制造的整孔\大节段吊装桥梁，如图1-1d)四种形式。a)节段拼装b)分片整孔吊装c)分块吊装d)整孔\大节段吊装图1-1装配式桥梁分类目前节段预制拼装梁桥以混凝土箱梁为主，UHPC材料在节段预制拼装装配式桥梁中应用处于兴起阶段，对于UHPC节段预制拼装梁桥的设计还处在探索过程，见图1-2。图1-2节段预制拼装梁桥分类及架设工法英德市省道S292延长线一级公路大战镇岸跨堤引桥，该桥为一跨102mUHPCR120预应力超高性能混凝土等截面简支箱梁，箱梁均采用预制拼装工艺，全桥共分25个节段，端部节段长5m，其余节段长4m，相邻节段间采用键齿干接缝连接；箱梁沿纵向布置密集横隔板，横隔板间距为4m，如图1-3所示。图13半立面布置图(单位：cm)箱梁单幅采用双箱单室截面，梁高4m，单个箱梁顶板宽8.825m，截面顶板、底板厚20cm，腹板厚28cm；箱梁间距60cm宽，20cm厚的UHPC现浇接缝将两个箱梁形成整体，如图1-4所示。桥梁全宽37m，布置双向三车道、非机动车车道及人行道，荷载等级为公路Ⅰ级。图1-4UHPC节段断面布置图(单位：cm)2014年建成的UHPC节段拼装箱梁马来西亚Batu6桥（如图1-5），桥梁单跨100m，桥宽5m，梁高4m，高跨比1/25，顶板厚15cm，底板厚25cm，腹板厚15cm。预应力体系仅设置纵向体内、体外预应力。节段划分为40个节段，标准节段长2.5m、吊重16.5t，全桥UHPC主梁重670t。全桥采用临时支架施工，实际工作日12天。图1-5UHPC节段拼装箱梁马来西亚Batu6桥参考文献王志刚,余顺新,陈亚莉.桥梁快速建造技术[J].中外公路,2018,38(04):184-188.项贻强,竺盛,赵阳.快速施工桥梁的研究进展[J].中国公路学报,2018,31(12):1-27.LiZ,ShenGQ,XueX.Criticalreviewoftheresearchonthemanagementofprefabricatedconstruction[J].HabitatInternational,2014,43:240-249.刘康宁,张守健,苏义坤.装配式建筑管理领域研究综述[J].土木工程与管理学报,2018,35(06):163-170+177.ZhaiX,Reed,R,MillsA.FactorsimpedingtheoffsiteproductionofhousingconstructioninChina:Aninvestigationofcurrentpractice[J].ConstructionManagementandEconomics,2014,32(1-2):40-52.苏立超,周印霄,刘小宇.我国钢-混凝土组合桥梁的创新实践[J].筑路机械与施工机械化,2017,34(11):30-37.苏权科,谢红兵.港珠澳大桥钢结构桥梁建设综述[J].中国公路学报,2016,29(12):1-9.黄修林,丁庆军,宋晓波,孙华.港珠澳大桥C60桥面板混凝土配合比设计与性能[J].混凝土,2013(04):108-111.何余良.多梁式钢-混凝土组合小箱梁桥受力特性及试验研究[D].杭州:浙江大学,2014.郭树海.快速施工钢-混组合小箱梁桥静力行为分析与试验研究[D].杭州:浙江大学,2017.邵旭东,曹君辉.面向未来的高性能桥梁结构研发与应用[J].建筑科学与工程学报,2017(5):41-58.聂建国.我国结构工程的未来——高性能结构工程[C].中国土木工程学会.《土木工程学报》——2017“论坛”汇编.中国土木工程学会:中国土木工程学会,2017:67-91.邵旭东,邱明红.基于UHPC材料的高性能装配式桥梁结构研发[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2019,51(02):160-167.SHICJ,MOYL.High-performanceconstructionmaterials-scienceandapplications[M].WashingtonDC:WorldScientificPublishingCompany,2008赵国藩,黄承逵.纤维混凝土的研究与应用[M].大连理工大学出版社,1992.RichardP,CheyrezyM.Compositionofreactivepow