文献综述(或调研报告):
(1) 超高性能混凝土UHPC
UHPC是一种具有超高强度,高韧性,孔隙率低,超长耐久性的纤维增强水泥基复合材料,其主要由硅灰、水泥、细骨料及钢纤维等材料组成,抗拉强度可达20MPa以上,抗压强度可达200MPa[2],UHPC的基本配制原理是通过提高组织成分的细度与活性,材料组分中不使用粗骨料,颗粒粒径一般小于1mm,使材料内部的孔隙与微裂缝减到最少,以获得超高强度与高耐久性。UHPC具有致密的微观结构,几乎是不渗透性的,具有很强的抗渗透、抗碳化、抗腐蚀和抗冻融循环能力,此外,其中的钢纤维可有效地缓解材料内部微裂缝的扩展,导致材料具有超高的韧性和延性。相关数据显示,UHPC材料的耐久性可达200年以上,可大幅度提高混凝土结构的服役寿命[4]。UHPC强度可达普通混凝土的五倍以上,韧性可达普通混凝土的百倍以上,耐久性可达普通混凝土的10倍以上,经蒸气养护处理后几乎没有后期收缩,徐变亦不足普通混凝土的1/10[1]。
(2) UHPC在国外桥梁工程中的应用
UHPC是是一种极具创新性和实用性的水泥基复合材料,其拥有极其优异的力学性能和耐久性能,尤其是其抗弯折强度较普通混凝土大幅提高,可以较大幅度增强桥梁结构的各项性能,延长结构服役使用的周期,实现轻薄型桥梁结构设计,因此,在目前桥梁工程亟需轻质高强、装配施工、耐久耐用的背景下,UHPC材料得到了桥梁界的高度关注,在桥梁领域具有广阔的应用前景。
这种材料目前已逐渐运用于实际桥梁工程中,其可用于钢结构桥面铺装,在钢结构箱梁与沥青层之间铺设一薄层UHPC,可以减缓钢箱梁承载变形能力,延长桥面沥青层的使用寿命。在桥梁局部受拉、局部受压,以及结合段等一些关键受力部位,是容易疲劳开裂破损的部位,使用UHPC代替原先普通混凝土可有助于结构受力性能。此外,UHPC可用于桥梁结构维护加固,通过清除腐蚀破坏的旧混凝土层和更换锈蚀钢筋,浇筑UHPC保护加固层形成复合结构,可以极大地提高损伤部位的耐久性能,延长服役使用时期。
据相关数字显示,至一六年底,世界各国应用UHPC材料的桥梁已有四百多座,其中超过半数的桥梁采用UHPC作为主体结构材料。
建于1997年7月的舍布鲁克市人行道路桥是世界首座用UHPC建造的主体结构。该桥跨度为197英尺(60米),其桥面板采用3cm厚UHPC板代替劣化桥面,可以提高桥梁的荷载承载力,桁架腹杆采用直径d=15cm的钢管UHPC,UHPC被限制在不锈钢管中,能够承受350MPa的压力,下弦采用10米预制UHPC梁节段,整座桥梁没有配置普通钢筋。
法国是第一个将UHPC成功商业化的国家,2001年建成了世界上最早的UHPC公路桥——Bourg-les-Valence OA4和OA6跨线桥[6]。该桥宽度为十二米,横向由五片先张法预应力UHPC pi;形梁组成,每片梁之间通过翼缘板现浇UHPC湿接缝进行连接。其中OA4桥主梁跨径22.5m,高0.9m,宽2.4m,腹板厚仅为11厘米,UHPC板与沥青混凝土铺装的厚度为25厘米,结构重量不到传统预应力混凝土的三分之一,梁重37吨。需要注意的是,这座桥的主梁没有配置普通钢筋。法国在建造这两座桥梁时,进行了许多材料和结构性能试验以及设计验证工作,并编制了国际上第一部UHPC暂行设计指南[4]。12年对该桥进行了详细检查评价,结果表明,UHPC材料,包括预制梁和湿接缝在十一年后未发现任何裂缝,状态良好[7]。
世界上第一座UHPC公路拱桥Wild桥是由奥地利于2010年建造。该桥的UHPC桁架拱结构细巧、造型优美,与风景区峡谷环境非常协调,该桥全长为154米,主拱跨径70m米,矢高为18米,失跨比为0.257。主拱由两根单箱单室拱肋构成,拱肋间采用横系梁连接。单根拱肋由六个节段和八个节点构件组成,拱轴线呈多边形折线,采用竖向下放式转体法施工[4],节段长度16米,高、宽为1.2米,壁厚仅五厘米。
