采用体内体外混合配束的UHPC-RC组合梁桥设计文献综述

 2022-10-25 10:57:49
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文献综述(或调研报告):

本设计为采用体内体外混合配束的UHPC-RC组合梁桥,故文献综述从组合梁、UHPC、体内外混合配束三方面进行介绍。

1.组合梁:

在此次设计中:桥面板采用C40混凝土,U型主梁采用UHPC超高强混凝土,并采用体内外 混合预应力束形成组合箱梁桥。组合梁是一种新型的桥梁结构形式,是对传统的混凝土桥梁的一种改进。与普通混凝土腹板箱梁相比,它恰当地将钢和不同强度的混凝土结合起来,混凝土顶板抗弯,UHPC主梁抗剪,充分发挥了材料的使用效率。该结构自重轻,抗震性能好,运输和吊装方便,经济美观,综合优势突出,而且可以解决现在很多大跨连续梁或连续刚构中出现的混凝土腹板开裂问题,提高结构的耐久性。

但值得注意的是,组合梁桥作为一种特殊的结构形式,其受力性能与施工方法紧密相关,从开始架设到成桥,组合梁桥通常需要经历多次结构体系变换,组合梁桥设计时必须对施工过程进行预演。只要合理的安排施工顺序和方法,组合梁桥就能充分发挥不同材料的优势性能,为桥梁建设提供上乘选择。组合梁桥目前已经得到桥梁工程师的充分关注,并在世界桥梁建设中得到有效发展和应用。

2.UHPC(超高性能混凝土):

超高性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料,实现工程材料性能的大跨越。超高性能混凝土包含两个方面lsquo;超高rsquo;——超高的耐久性和超高的力学性能(详见表1-普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比):

表1:普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土材料性能对比

普通混凝土

高性能混凝土

超高性能混凝土

抗压强度(MPa)

20-40

40-96

120-180

水胶比

0.40-0.70

0.24-0.35

0.14-0.27

孔隙率

20-25%

10-15%

2-6%

徐变系数,Cu

2.35

1.6-1.9

0.2-1.2

UHPC材料优异的力学性能、耐久性能及防火抗冲击性能,使得UHPC桥梁结构的跨越能力更大、截面更纤细美观、后期维护成本更低、使用寿命更长。而且致密的UHPC有着优异的抗渗性、抗侵蚀能力,所以在近海桥梁工程领域有着巨大的应用价值与潜力。另外,其抗冲击能力较强,UHPC材料在通航桥梁的桥墩防护措施等安全工程中有着更为广阔的应用前景。

3.体内外混合预应力束:

随着桥梁工业化水平的提高和人们对耐久性问题的日益重视,体内、体外混合配束技术开始在混凝土桥梁中得到进一步的应用和发展。

配置体外预应力的优势在于:具有较好的耐腐蚀性,施工方便迅速,体外束易于检修和更换。由于体外束布置在截面以外,设计者在设计横截面时,具有更大的自由,而且设计的腹板截面更加轻薄,有利于降低结构自重;由于体外束处于截面之外的特点,其预应力摩擦损失也比较小。当然体外束也有他的缺点:比如承载力阶段的应力增量较小且一般预应力束达不到屈服;通常体外束的抗弯力臂要比体内束小,导致其结构效率较低;体外束的锚具费用昂贵,其综合造价要高于体内预应力方案;体外预应力束在转向块、锚固块处有较大的应力集中,构造设计较复杂,对于节段预制拼装梁桥,其节段预制工艺也会更加复杂。

配置体内束的优势在于:具有较高的抗弯效率,承载力节段的预应力筋应力增量大,且一般都能达到屈服,这可以提高结构延性和承载力,改善结构受力性能;由于预应力筋效率高,用量少,体内预应力的增加还可以降低工程造价;采用节段预制拼装施工工艺时,体内束的销栓作用还可以提高接缝截面的抗剪承载力。体内束的不足之处在于:对于曲线布筋的体内束,其摩擦损失较大;而且在节段预制时,每个节段的接缝面都要进行预应力孔道的精确定位,这大大增加了孔道精确定位的难度;在接缝面处的孔道偏差还有可能导致灌浆漏浆、灌浆不密实等。

通过对体内束和体外束的比较可以看出,体内预应力与体外预应力在各自的优缺点上具有互补性,因而,合适比例的体内体外混合预应力束得到了广泛的应用。

参考文献:

[1]胡晓.超高性能混凝土材料及其在桥梁工程中的应用[J].浙江交通职业技术学院学报,2014,15(03):22-27.

[2]An Le Hoang,Ekkehard Fehling,Binglin Lai,Duc-Kien Thai,Nguyen Van Chau. Experimental study on structural performance of UHPC and UHPFRC columns confined with steel tube[J]. Engineering Structures,2019,187.

[3]刘俊,姜全成.大跨径混凝土箱梁桥体内外混合配束设计概述[J].四川建筑,2019,39(01):147 152.

[4]叶翔. 体内、外混合配束预应力混凝土箱梁抗剪性能研究[D].南京航空航天大学,2012.

[5]李传习,李红利,杨美良.体内外混合配束预应力连续梁桥的设计计算方法研究[J].长沙交通学院学报,2006(01):7-11.

[6]张树仁,王宗林.体外预应力砼技术在桥梁工程中的应用与发展[J].广西交通科技,2003(03):1-5.

[7]李秉南,孙宝俊,李延和.体外预应力桥梁技术的新进展[J].世界桥梁,2003(03):70-73.

[8]王宗林,张树仁,王潮海.体外预应力混凝土简支梁的效率配筋设计[J].土木工程学报,2003(12):1-7 19.

[9]张耀庭,邱继生,黄恒卫.体外预应力混凝土梁的研究现状综述[J].华中科技大学学报(城市科学版),2002(04):86-91.

[10]徐栋,项海帆.体外预应力桥梁的力学性能及其影响因素分析[J].桥梁建设,1999(03):3-6 9.

文献综述(或调研报告):

本设计为采用体内体外混合配束的UHPC-RC组合梁桥,故文献综述从组合梁、UHPC、体内外混合配束三方面进行介绍。

1.组合梁:

在此次设计中:桥面板采用C40混凝土,U型主梁采用UHPC超高强混凝土,并采用体内外 混合预应力束形成组合箱梁桥。组合梁是一种新型的桥梁结构形式,是对传统的混凝土桥梁的一种改进。与普通混凝土腹板箱梁相比,它恰当地将钢和不同强度的混凝土结合起来,混凝土顶板抗弯,UHPC主梁抗剪,充分发挥了材料的使用效率。该结构自重轻,抗震性能好,运输和吊装方便,经济美观,综合优势突出,而且可以解决现在很多大跨连续梁或连续刚构中出现的混凝土腹板开裂问题,提高结构的耐久性。

但值得注意的是,组合梁桥作为一种特殊的结构形式,其受力性能与施工方法紧密相关,从开始架设到成桥,组合梁桥通常需要经历多次结构体系变换,组合梁桥设计时必须对施工过程进行预演。只要合理的安排施工顺序和方法,组合梁桥就能充分发挥不同材料的优势性能,为桥梁建设提供上乘选择。组合梁桥目前已经得到桥梁工程师的充分关注,并在世界桥梁建设中得到有效发展和应用。

2.UHPC(超高性能混凝土):

超高性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料,实现工程材料性能的大跨越。超高性能混凝土包含两个方面lsquo;超高rsquo;——超高的耐久性和超高的力学性能(详见表1-普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比):

表1:普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土材料性能对比

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