龐后玲

摘要：目前，國(guó)內(nèi)外鋼材料研究已經(jīng)進(jìn)入了全新的階段，并且以橋梁工程為首的施工建設(shè)行業(yè)，都廣泛應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)。于此同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)了配合鋼結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)常常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的開裂問(wèn)題以及破損問(wèn)題，這些問(wèn)題的出現(xiàn)，一方面影響了結(jié)構(gòu)的美觀性，另外也影響了結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，隨著混凝土結(jié)構(gòu)破損程度的不斷加深，混凝土結(jié)構(gòu)之內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。因此，有專家學(xué)生研制促了超任性混凝土，該材料的應(yīng)用，大大提升了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此受到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超任性混凝土，鋼架橋，應(yīng)用，疲勞

相比其他材料來(lái)說(shuō)，水泥混凝土具有取材方便等特點(diǎn)，并且其成本相對(duì)較低，同時(shí)也能達(dá)到較高的抗壓強(qiáng)度，因此是建筑、交通行業(yè)廣泛運(yùn)用的材料。隨著水泥混凝土材料研究的不斷加深，其抗拉強(qiáng)度較低的弱點(diǎn)制約了建筑規(guī)模以及結(jié)構(gòu)性能的提升。因此，技術(shù)人員以混凝土的基本特性為基礎(chǔ)，對(duì)其材料理化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，從而研制出超任性混凝土，該材料的應(yīng)用，對(duì)于橋梁建筑行業(yè)起到了顯著的促進(jìn)作用。

一、超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應(yīng)用概述

我國(guó)蘇通大橋、昂船洲大橋等都是常見的鋼架橋，這些鋼架橋主要存在橋面容易出現(xiàn)疲勞開裂問(wèn)題，并且也經(jīng)常出現(xiàn)理清混凝土鋪裝層開裂等病害。在國(guó)內(nèi)外，這兩種病害都有報(bào)道，并且這些問(wèn)題也是目前技術(shù)人員重點(diǎn)攻關(guān)的問(wèn)題。

引發(fā)以上病害的原因相對(duì)復(fù)雜，但是可以肯定一點(diǎn)但是，鋼橋面系局部剛度較低是常見的影響因素。這是由于在反復(fù)車載作用下，由于橋面系剛度達(dá)不到技術(shù)要求，其中的相關(guān)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)會(huì)有較大的應(yīng)力幅，進(jìn)而導(dǎo)致疲勞損傷的出現(xiàn)，并表現(xiàn)為疲勞開裂。另外，如果鋼橋面上的剛度較低，那么瀝青混凝土鋪設(shè)在其上后，那么就會(huì)發(fā)生較大的局部拉應(yīng)力，并導(dǎo)致較大的變形，進(jìn)而在載車作用下發(fā)生裂縫病害。所以，解決鋼橋面病害的方法就包括提高鋼橋面系局部剛度。

在這一思路的引導(dǎo)下，技術(shù)人員提出了將水泥混凝土作為鋼橋面鋪裝層的技術(shù)理念，并且有學(xué)者研究了密配筋高性能混凝土鋼橋面鋪裝方案，同樣還有技術(shù)人員研究了鋼纖維混凝土鋪裝方案，這些技術(shù)都能夠有效解決現(xiàn)存的鋼橋問(wèn)題。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，這些橋梁的鋪裝層同樣出現(xiàn)了開裂的問(wèn)題。

分析這些技術(shù)問(wèn)題發(fā)現(xiàn)，缺乏施工及管理經(jīng)驗(yàn)是原因之一，但是材料抗拉強(qiáng)度較低則是主要的原因。但是局部荷載效應(yīng)十分顯著，但是兩種材料仍然很難適應(yīng)鋼橋面中大拉應(yīng)力的受力狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)開裂問(wèn)題^[1]。

本文介紹了一種新型水泥基復(fù)合材料——超韌性混凝土，以適應(yīng)鋼橋面中大拉應(yīng)力的受力狀態(tài)。超韌性混凝土的組成包含水泥、石英砂、石英粉、硅灰、高效減水劑和水，并摻入了大量鋼纖維，同時(shí)，對(duì)混凝土進(jìn)行密配筋，以實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度與韌性的提高?？梢钥闯?，超韌性混凝土的在組成上繼承了活性粉末混凝土和密配筋混凝土的優(yōu)點(diǎn)，因而具有極高的抗拉強(qiáng)度及韌性。

前期研究結(jié)果表明，超韌性混凝土的抗拉強(qiáng)度超過(guò)了42MPa。目前超韌性混凝土已成功應(yīng)用于很多橋梁項(xiàng)目上^[2]。

二、超韌性混凝土（STC）在鋼架橋上的應(yīng)用案例

某項(xiàng)目主橋鋼橋面鋪裝采用STC超高韌性混凝土鋪裝體系，從上到下依次為磨耗層、粘結(jié)層、超高韌性混凝土層、鋼橋面板。

磨耗層采用改性瀝青混凝土SMA10，厚度為30mm，容重取為24kN/m³。

粘結(jié)層采用高粘高彈改性瀝青材料。為了增強(qiáng)粘結(jié)層與STC板的粘結(jié)，先在STC橋面板表面噴酒改性瀝青乳化層，待改性瀝青乳化層完全坡乳及水分蒸發(fā)后，再均勻噴酒高粘高彈改性瀝青材料。

STC超高韌性混凝土層強(qiáng)度等級(jí)為STC25，厚度為50mm，容重約為28kN/m3，略大于普通鋼筋混凝土。STC超高韌性混凝土由水泥、礦物摻合料、細(xì)集料、鋼纖維和減水劑等材料或由上述材料制成的干混料先加水拌合，再經(jīng)凝結(jié)硬化后形成的一種具有高抗彎強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的水泥基復(fù)合材料，屬于超高性能混凝土（UHPC）的范疇，其組成部分中沒有粗骨料。STC結(jié)構(gòu)致密，內(nèi)部孔徑在2～3nm左右，這使得STC的氣體滲透系數(shù)比普通混凝土低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，吸水性能為普通混凝土的1/13，氯離子滲透系數(shù)分別為普通混凝土和高性能混凝土的1/50及1/30，耐久性大大提高。STC材料的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到160MPa，抗彎拉強(qiáng)度可達(dá)到30MPa，極限應(yīng)變?yōu)楦咝阅芑炷梁推胀ɑ炷恋?～3倍：內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，孔徑在2～3nm左右，這使故其氣體滲透系數(shù)比普通混凝土低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，吸水性能為普通混凝土的1/13，氯離子滲透系數(shù)分別為普通混凝土和高性能混凝土的1/50及1/30，耐久性大大提高^[3]。

本橋STC鋪裝不設(shè)置順橋向接縫，橫向以中央分隔帶為界分成兩幅澆筑，每幅設(shè)置三道橫橋向接縫。由于接縫處STC中的鋼纖維不連續(xù)，抗裂強(qiáng)度將被削弱，故需要對(duì)接縫處做強(qiáng)化處理，本橋采用S形加強(qiáng)鋼板，厚度為10mm。

三、某超韌性混凝土（STC）在鋼架橋上的應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)橋檢測(cè)結(jié)果

某橋梁自從建成以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次維修，其中包括兩次大修，過(guò)去嘗試的很多鋪裝方案都很難達(dá)到理想的維修下溝，并且結(jié)構(gòu)問(wèn)題得不到有效解決，所以提出采用先進(jìn)材料的方式，以期解決該橋梁的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

某橋梁屬于正交異性鋼橋面-薄層超任性混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該橋面系在不同鋪裝狀態(tài)下的受力情況如下：

通過(guò)檢測(cè)報(bào)告得知，新型組合橋面結(jié)構(gòu)相比原理清混凝土鋪裝狀態(tài)，其面板以及鋼橋面縱肋的應(yīng)力參數(shù)以及局部撓度參數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降變化。其中，縱肋構(gòu)件縱橋的應(yīng)力處于均勻且明顯的下降狀態(tài)，其應(yīng)力降低幅度甚至能夠達(dá)到80%，面板橫向應(yīng)力同樣表現(xiàn)出了均勻且明顯的下降趨勢(shì)，其平均應(yīng)力管理降低幅度更高，能夠達(dá)到92%，另外，我們發(fā)現(xiàn)縱肋以及面板的局部同樣表現(xiàn)出十分均勻的下擾降幅，其平均下降幅度能夠達(dá)到81%。

由此可見，超韌性混凝土的應(yīng)用，在提高鋼橋面局部剛度等方面有著顯著的作用，具體表現(xiàn)為有效降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命，并且被檢驗(yàn)工作涉及的項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)營(yíng)多年，且處于良好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

四、總結(jié)

本文對(duì)于超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應(yīng)用的發(fā)展概述進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討，明確了不同技術(shù)之間的區(qū)別，并介紹了超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應(yīng)用的具體施工流程，進(jìn)而為后續(xù)應(yīng)用提供了參考和借鑒。同時(shí)我們也對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)超韌性混凝土（STC）在鋼架橋應(yīng)用，在提高鋼橋面局部剛度等方面有著顯著的作用，具體表現(xiàn)為有效降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力。所以超韌性混凝土（STC）可以廣泛應(yīng)用在橋梁設(shè)計(jì)施工中，但是為了充分發(fā)揮這一材料的特性，則需要進(jìn)一步的研究與分析，總結(jié)更多的施工資料。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛捷.大跨度斜拉橋輕型組合橋面方案設(shè)計(jì)與仿真分析[J].交通科技，2018（04）：66-69.

[2]湯明.雙塔單索面大懸臂鋼-STC組合橋面斜拉橋受力性能的研究[J].公路，2018，63（07）：216-221.

[3]姚登科. 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)自錨式懸索橋靜力行為分析[D].西南交通大學(xué)，2016.