大跨高性能橋梁結(jié)構(gòu)的研究邵旭東湖南大學(xué)橋梁工程系大跨橋梁主要難題大跨徑橋梁由混凝土、鋼或鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)形成，由于材料本身的限制，上述三類橋梁面臨三大硬骨頭難題亟待解決：2014-5-272(1)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁普遍下?lián)祥_裂，嚴(yán)重者面臨報廢拆除的命運鐘祥大橋拆除科羅巴島橋垮塌(2)鋼橋面開裂和鋪裝層破損現(xiàn)象十分普遍，個別橋梁甚至出現(xiàn)10年24次修的局面a)鋪裝層開裂b)

鋪裝層推移c)鋪裝層坑槽d)

鋪裝層車轍鋼橋面鋪裝層病害a)

面板裂紋b)縱肋與面板焊接處裂紋c)縱肋與隔板焊接處裂紋d)

隔板撕裂橋面鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂縫(3)鋼-混凝土組合梁自重大、負(fù)彎矩區(qū)域混凝土易開裂，難以用于超大跨徑橋梁?

法國學(xué)者Brozzetti

J.研究認(rèn)為，當(dāng)連續(xù)梁跨度超過110m后，鋼-混凝土組合梁方案不合理；?

德國學(xué)者Svensson認(rèn)為組合梁斜拉橋經(jīng)濟跨徑上限為600m。?

對于懸索橋，由于加勁梁自重完全由主纜系統(tǒng)承擔(dān)，而組合梁的自重約為鋼梁的2倍，采用組合梁并不經(jīng)濟合理。2014-5-276發(fā)展大跨徑高性能橋梁結(jié)構(gòu)，有望解決三個難題2014-5-277何為“高性能結(jié)構(gòu)”？根據(jù)美國預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會PCI的定義：高性能結(jié)構(gòu)融入了高性能材料和新型結(jié)構(gòu)體系，具有良好的力學(xué)性能和耐久性能，并在全壽命經(jīng)濟性上具有優(yōu)勢。2014-5-278超高性能混凝土UHPC(Ultra-High

PerformanceConcrete)，被認(rèn)為是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料?？箟簭姸瓤蛇_150MPa，徐變系數(shù)僅為0.3左右。2014-5-279但其抗拉強度僅為7~11MPa。通過對UHPC改性和加筋，將開裂前抗拉強度提高至40MPa以上，并以此材料為基礎(chǔ)，發(fā)展了高性能橋梁結(jié)構(gòu)。2014-5-27101.高性能連續(xù)箱梁—解決開裂下?lián)想y題，并將連續(xù)梁經(jīng)濟跨徑擴展至500m2014-5-27傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（三向預(yù)應(yīng)力）UHPC箱梁（僅需縱向預(yù)應(yīng)力）1.采用UHPC薄型板件，大幅度減輕結(jié)構(gòu)自重；2.設(shè)置密集橫隔板以：（1）防止箱梁畸變；（2）對頂板加勁，—取消橫向預(yù)應(yīng)力；（3）對腹板加勁，—取消豎向預(yù)應(yīng)力；（4）對底板加勁，防止承壓失穩(wěn)；（5）方便體外預(yù)應(yīng)力的布置與轉(zhuǎn)向。與傳統(tǒng)PC箱梁橋相比，UHPC箱梁橋可減輕結(jié)構(gòu)自重50%—60%，變?nèi)蝾A(yù)應(yīng)力為縱向單向預(yù)應(yīng)力。頂板控制點主拉應(yīng)力12m2014-5-27一、課題簡介與國內(nèi)外研究概況部分試驗成果2014-5-27腹板抗剪對比實驗工況加載圖片部分腹板測點的荷載—主應(yīng)變曲線對比破壞無隔板自由端附近部分，在自由端加載，剪跨比為2.125020015010050多隔板側(cè)測點3無隔板側(cè)測點3多隔板自由端附近部分，在自由端加載，剪跨比為2.1加載支撐00500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000主應(yīng)變/με相關(guān)試驗工作多隔板情形下UHPC梁的徐變性能試驗加載1.5噸加載1.5噸30MPa17相關(guān)試驗工作242322212019181716151413121110普通混凝土RPCRPC多隔板A無隔板A05

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90時間（天）加載點撓度時程曲線跨徑400m

UHPC箱梁1:5節(jié)段模型試驗頂板：車輛荷載超載6倍不開裂；腹板：超載2.2倍出現(xiàn)細(xì)微裂紋一、課題簡介與國內(nèi)外研究概況經(jīng)濟指標(biāo)分析2014-5-272014-5-27212.超高性能輕型組合橋面—解決鋼橋面及鋪裝開裂破損的難題2014-5-27輕型組合橋面新理念磨耗層(10年)STC層（100年）鋼面板鋼筋網(wǎng)及焊釘新體系傳統(tǒng)瀝青體系鋼—STC輕型組合橋面優(yōu)點：（1）有效提高了橋面剛度，大幅降低鋼橋面應(yīng)力，延長正交異性鋼橋面抗疲勞壽命3倍以上。（2）徹底消除鋼橋面鋪裝的難題。23UHPC開裂前抗拉強度—42.7MPa2014-5-27UHPC疲勞抗拉能力—疲勞拉應(yīng)力幅0.0~21.3MPa，歷經(jīng)310萬次未見開裂。2014-5-27國際上首次用于實橋上獲得成功馬房橋鋼橋面鋪裝層病害橋面現(xiàn)澆50mm厚STC層80oC高溫蒸養(yǎng)72h施工完成后馬房大橋上做了五種方案。環(huán)氧瀝青、橡膠瀝青鋪裝開裂、車轍；鋼夾心板、聚合物混凝土鋪裝已破損；唯獨輕型組合橋面無任何病害！2014-5-272013年11月通過了廣東省交通運輸廳鑒定2014-5-2729鑒定委員上橋察看，未見任何裂縫2014-5-2730經(jīng)對比，使用效果顯著優(yōu)于其它鋪裝方案。具有廣闊的應(yīng)用前景，達到國際領(lǐng)先水平。部分應(yīng)用實橋：2014-5-27323.鋼-UHPC輕型組合梁—解決傳統(tǒng)組合梁自重過大，易開裂的難題2014-5-272014-5-27342014-5-27352014-5-2736?

自重僅為傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁的50%；?

基本無開裂風(fēng)險2014-5-27抗輪載沖切破壞的最小面板厚度：Harris等通過沖切試驗得出結(jié)論：?

普通混凝土板最小厚度175mm??

UHPC板厚25mm足以抵抗沖切。Harris,

D.K.

and

Roberts-Wollmann,

C.L.,

“Characterization

of

Punching

Shear

Capacityof

Thin

Ultra-High

Performance

Concrete

Slabs,”

Proceedings

of

the

SecondInternational

Symposium

on

Ultra

High

Performance

Concrete,

Ed.,

Fehling,

E.,Schmidt,

M.,

and

Stürwald.

S.,

Kassel

Univer