王瀟碧

（四川大學(xué)錦城學(xué)院，四川 成都 611731）

1 高強(qiáng)輕骨料混凝土分析

高強(qiáng)輕骨料混凝土是指選用輕砂作為細(xì)骨料，配以水泥、水等材料，拌合而成的混凝土。和普通混凝土相比，高強(qiáng)輕骨料混凝土的密度更低、抗壓強(qiáng)度較高。在大跨徑橋梁工程中，高強(qiáng)輕骨料混凝土表現(xiàn)出如下優(yōu)勢：

第一，使用壽命長。高強(qiáng)輕骨料混凝土在使用期間，不會出現(xiàn)堿骨料反應(yīng)，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗?jié)B性能與抗凍性能，確保大跨徑橋梁在惡劣環(huán)境下，保持穩(wěn)定可靠性，從而延長大跨徑橋梁的使用壽命。同時(shí)，高強(qiáng)輕骨料混凝土的材料間性能差異較小，相容性更強(qiáng)，集中應(yīng)力的產(chǎn)生難度較大，降低結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的概率，且輕骨料可使混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行自養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)的性能，提升其耐久性。

第二，穩(wěn)定性強(qiáng)。高強(qiáng)輕骨料混凝土可提升大跨徑橋梁的抗震性能與抗裂性能，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。就抗震性能而言，基于高強(qiáng)輕骨料混凝土的自重低特點(diǎn)，可緩解水平地震的負(fù)面影響，提升橋梁的變形能力，在出現(xiàn)振動(dòng)可抵消更多的變性能，抵御地震的損壞；就抗裂性能而言，高強(qiáng)輕骨料混凝土的彈性模量及熱膨脹系數(shù)偏低，可產(chǎn)生較低應(yīng)力，避免裂縫的出現(xiàn)，提升抗裂性能。

第三，輕質(zhì)高強(qiáng)。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，在高強(qiáng)輕骨料混凝土的密度處于1800-1900kg/m3時(shí)，其強(qiáng)度可達(dá)到CL50-CL60 左右，但此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的重量僅為普通高強(qiáng)混凝土的70%-80%?？梢姡邚?qiáng)輕骨料混凝土具有輕質(zhì)高強(qiáng)特征，基于該特征，大跨徑橋梁的跨度有所提升，可減少橋墩設(shè)置的數(shù)量、鋼筋的使用量，還可簡化橋梁基礎(chǔ)處理施工，從而降低橋梁工程成本。同時(shí)，在高強(qiáng)度支持下，大跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)荷載有較大提升，在恒載不變的情況下，可適當(dāng)增加橋梁截面高度，強(qiáng)化橋梁工程效益[1]。

2 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1 收縮形變參數(shù)設(shè)計(jì)

和普通高強(qiáng)混凝土相比，高強(qiáng)輕骨料混凝土的收縮形變有顯著差異，后者的數(shù)值更大?；诓煌幕炷撩芏龋O(shè)計(jì)單位明確的收縮形變參數(shù)有所不同。縱觀國內(nèi)外的大跨徑橋梁計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，收縮徐變參數(shù)的計(jì)算公式較為多元化。在美國PCI 協(xié)會發(fā)布的設(shè)計(jì)手冊中，認(rèn)為可參照普通高強(qiáng)混凝土的收縮參數(shù)計(jì)算方式，明確高強(qiáng)輕骨料混凝土的參數(shù)；荷蘭規(guī)范認(rèn)為高強(qiáng)輕骨料混凝土有其獨(dú)有的材料特性，應(yīng)用徐變修正系數(shù)計(jì)算收縮徐變參數(shù)。同樣地，德國及歐洲規(guī)范，也引進(jìn)徐變修正系數(shù)，但三者的引進(jìn)方式與數(shù)值均不同。借鑒國外的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國內(nèi)在關(guān)于收縮徐變的參數(shù)規(guī)范如下：參照CL20-CL30 混凝土試驗(yàn)結(jié)果，明確收縮形變系數(shù)的數(shù)值。

另外，在高強(qiáng)輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有大跨徑橋梁在收縮徐變的影響下，出現(xiàn)質(zhì)量問題，需受到設(shè)計(jì)人員的重視。例如，在美國1978年完工的Parrotts 渡橋，于1990年出現(xiàn)主跨下垂現(xiàn)象。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)該問題的原因在于收縮形變數(shù)值選擇錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)單位應(yīng)用的數(shù)值為密封條件下的參數(shù)，導(dǎo)致橋梁使用期間出現(xiàn)收縮徐變差異，引發(fā)質(zhì)量通病。就此，設(shè)計(jì)單位需根據(jù)大跨徑橋梁的使用場景和環(huán)境，明確參數(shù)選取條件，選擇正確的計(jì)算模型與規(guī)范，保障大跨徑橋梁的質(zhì)量。

2.2 彈性模量參數(shù)設(shè)計(jì)

在大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，高強(qiáng)輕骨料混凝土的彈性模量會影響結(jié)構(gòu)的抗震性能，需受到設(shè)計(jì)單位的重視。和普通強(qiáng)度混凝土相比，高強(qiáng)輕骨料混凝土的彈性模量更小。有學(xué)者在研究中指出，在水灰比處于0.32～0.43 的范圍時(shí)，強(qiáng)度處于CL60～CL90 時(shí)，在彈性模量參數(shù)中，高強(qiáng)輕骨料混凝土要低30%。同時(shí)，在高強(qiáng)輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其彈性模量會受到強(qiáng)度及密度的雙重影響。就此，在結(jié)算結(jié)構(gòu)的彈性模量時(shí)，設(shè)計(jì)人員需采用如下公式：

其中，ρc是指表觀密度；fc是指抗壓強(qiáng)度。

在設(shè)計(jì)彈性模量時(shí)，數(shù)值過大會引發(fā)結(jié)構(gòu)變形，降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；數(shù)值過小會降低結(jié)構(gòu)延性，導(dǎo)致收縮徐變應(yīng)力過大。所以設(shè)計(jì)人員需在設(shè)計(jì)期間開展多次試驗(yàn)，明確最佳的彈性模量參數(shù)，提升大跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.3 荷載極限參數(shù)設(shè)計(jì)

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，荷載極限包括承載能力極限及正常使用極限兩類，在橋梁投入使用后，其運(yùn)行參數(shù)需控制在荷載極限內(nèi)，方可保障橋梁的長久發(fā)展。在承載能力極限參數(shù)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需考慮折減的彈性模量，再結(jié)合混凝土外側(cè)壓應(yīng)變，計(jì)算混凝土構(gòu)件截面的承載力，保障結(jié)構(gòu)的整體安全性；在正常使用極限參數(shù)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)相應(yīng)的折減系數(shù)，明確橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)。在進(jìn)行跨度有效深度計(jì)算時(shí)，折減系數(shù)選為0.85；在進(jìn)行梁的長高比計(jì)算時(shí)，折減系數(shù)選為0.9。同時(shí)，如果大跨徑橋梁的運(yùn)行環(huán)境較惡劣，設(shè)計(jì)單位需設(shè)置厚度約為10mm 的保護(hù)層，延長橋梁的使用壽命。

另外，在大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需考慮高強(qiáng)輕骨料混凝土的泵送性能，在明確水灰比的情況下，選擇合理的外加劑，提升混凝土的流動(dòng)性，為橋梁施工提供便利[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，高強(qiáng)輕骨料混凝土是目前大跨徑橋梁常用的材料，需通過合理設(shè)計(jì)發(fā)揮其優(yōu)勢。通過本文的分析可知，設(shè)計(jì)單位需做好大跨徑橋梁的收縮形變、彈性模量及荷載極限設(shè)計(jì)，確保大跨徑橋梁的承載能力符合工程要求，提高橋梁工程的質(zhì)量，促進(jìn)橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展。