楊振偉　雷蕾　呂秀媛　葉新宇　戴蘇妍

摘 要：鋼-超高性能混凝土（UHPC）組合結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)體系，近年來被越來越多地應(yīng)用在實際工程之中，對其性能的研究有著更加深遠的意義。文章基于高性能組合橋梁的結(jié)構(gòu)新體系，分析傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)存在的問題，簡述高性能材料近年來在工程上的應(yīng)用及超高性能混凝土在工程應(yīng)用方面的優(yōu)勢，簡要分析裝配式組合結(jié)構(gòu)橋梁剪力連接方式和預(yù)制橋面板接縫構(gòu)造，進行裝配式組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的力學(xué)性能試驗和理論研究。

關(guān)鍵詞：鋼-UHPC;裝配式;力學(xué)性能

隨著我國橋梁建設(shè)規(guī)模的擴大以及道路建設(shè)的升級，橋梁呈現(xiàn)出橋型更加多樣、跨徑不斷增大、結(jié)構(gòu)更加輕盈、更加注重美觀和綜合效益的發(fā)展趨勢。普通混凝土自重過大、大跨徑組合結(jié)構(gòu)橋梁的負彎矩區(qū)容易產(chǎn)生開裂、鋼與混凝土連接滑移和鋪裝層易損壞等諸多問題，均制約了鋼混組合結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的使用和發(fā)展。普通混凝土橋面板易發(fā)生開裂，將可能導(dǎo)致主梁的結(jié)構(gòu)剛度下降和非線性現(xiàn)象增強、界面組合作用減弱、內(nèi)部鋼筋及下部鋼梁銹蝕等病害，嚴重影響橋體結(jié)構(gòu)的耐久性等。合理應(yīng)用工程新材料解決土木工程難題、突破工程技術(shù)瓶頸，已成為眾多土木工程學(xué)者的共識，其中，材料和結(jié)構(gòu)形式方面的理論及應(yīng)用創(chuàng)新是橋梁鋼混組合結(jié)構(gòu)的主要創(chuàng)新途徑。

1 ? ?高性能組合橋梁的結(jié)構(gòu)新體系

1.1 ?高性能材料的應(yīng)用

近十年來，高性能鋼材（HPS）發(fā)展飛速，尤其是在鋼材的強度、可焊性、耐候性及斷裂韌性等方面，取得了長足的進步，能夠很好地滿足橋梁對動載、耐蝕和耐震等方面的性能需求。

在大跨度橋梁鋼橋面的應(yīng)用方面，高性能鋼材主要應(yīng)用于大跨重載鐵路橋梁;鋼-超高性能混凝土材料則可增強正交異性鋼橋面的穩(wěn)定性及耐久性。

UHPC材料和高性能鋼材等高性能結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，為組合結(jié)構(gòu)橋梁體系創(chuàng)新和綜合性能全面提升注入了新的活力。在量大面廣的中小跨徑城市橋梁中，為適應(yīng)結(jié)構(gòu)輕型化和高耐久性等方面的需求，高性能鋼-混凝土組合梁橋以及鋼-UHPC輕型組合梁橋因選用了高性能結(jié)構(gòu)材料，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

1.2 ?超高性能混凝土在工程應(yīng)用方面的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)混凝土相比，UHPC在工程應(yīng)用方面具有諸多優(yōu)勢。

（1）具有超高的力學(xué)性能。其強度遠遠高于傳統(tǒng)混凝土，可以適用于更多環(huán)境，即使在超載或地震以及各種惡劣的情況下也會表現(xiàn)出優(yōu)越的穩(wěn)定性，最大限度地降低財產(chǎn)的損失，較好地優(yōu)化了工程材料性能。

（2）具有超高的耐久性。其質(zhì)地致密度極高，氯離子和硫酸鹽的滲透率幾乎為零，有利于縮短建筑的更替時間，延長工程材料使用壽命，進而節(jié)約建筑維修維護的相關(guān)費用。腐蝕程度低且慢的超高性能混凝土在惡劣環(huán)境下為混凝土材料的使用提供了工程應(yīng)用上的基本保證。

（3）重量較低。相同體積下其重量僅是傳統(tǒng)混凝土重量的一半。自重的減少有利于建造更加細長的建筑，在降低了混凝土厚度的同時，有利于增強其彈性變化量及結(jié)構(gòu)底部穩(wěn)定性。

1.3 ?基于裝配式的鋼-混凝土組合梁橋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

隨著橋梁工業(yè)化建造技術(shù)的發(fā)展，裝配式組合梁橋體系應(yīng)運而生，核心是將工廠化制造的鋼梁和預(yù)制橋面板在現(xiàn)場進行快速拼裝，極大地提高了橋梁建設(shè)速度，但普通的裝配式橋梁由于材料缺乏耐久性，僅作為應(yīng)急橋梁，不能長期使用，且后期不能轉(zhuǎn)化。

在使用高性能材料替代傳統(tǒng)橋梁材料后，裝配式鋼-混凝土組合梁橋體系具有高耐久性、可更換性等技術(shù)優(yōu)勢。近年來，以裝配式組合鋼箱梁為主的橋梁結(jié)構(gòu)體系，在我國一些長且大的公路橋梁中得到了應(yīng)用，比如：上海長江大橋105 m主跨連續(xù)組合鋼箱梁橋、港珠澳跨海大橋85 m主跨連續(xù)組合鋼箱橋。

2 ? ?基于裝配式的高性能鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)

2.1 ?裝配式鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)橋梁力學(xué)性能實驗方法

針對裝配式鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)特點，通過試驗和理論分析對該橋梁體系的抗裂性能、組合性能等的研究，采用4組裝配式鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)梁，在相同的環(huán)境下進行結(jié)構(gòu)靜力加載試驗，得到實驗數(shù)據(jù)后，研究剪力連接度的規(guī)律、裝配式鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)橋梁的破壞模式，論證裝配式鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)橋梁的受力性能。同時，結(jié)合兩組推出試驗，分析該連接結(jié)構(gòu)的水平傳力機理。此外，設(shè)計并進行一個新型裝配式組合梁的抗彎試驗，探討其破壞形式以及荷載-撓度曲線，通過有限元分析軟件ABAQUS，結(jié)合抗彎試驗結(jié)果，對組合結(jié)構(gòu)橋梁各部件進行分析，通過與試驗結(jié)果的比較進行建模分析，并驗證模型的準確性，對組合梁的破壞機理做進一步分析。

2.2 ?裝配式組合結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)相結(jié)合

基于裝配式的高性能鋼-UHPC組合梁在工程中采用了耐大氣腐蝕鋼、鋼-混凝土界面連接膠及波形鋼腹板等新型材料，可構(gòu)成雙鋼箱閉合截面，該組合結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮出了更大的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

（1）讓結(jié)構(gòu)更加輕盈，降低橋梁自身重量，讓橋梁穩(wěn)定性更好，承載能力更大。

（2）使構(gòu)件抗腐蝕性能更好，延長工件使用壽命。

（3）提高結(jié)構(gòu)剛度，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強度高、韌性好等優(yōu)點，弱化風(fēng)力作用，進而減小空氣磨損帶來的不利影響。

（4）在兼顧美觀和經(jīng)濟、提高橋梁結(jié)構(gòu)的跨越能力的同時，發(fā)揮出結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，建造雙層橋面。

（5）在一定程度上降低建筑成本、實現(xiàn)了復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的自動化生產(chǎn)。

3 ? ?結(jié)語

應(yīng)用裝配式鋼-UHPC組合結(jié)構(gòu)橋梁建造技術(shù)，不但可以大幅度提高施工的質(zhì)量，還可以延長建筑的使用壽命，減少施工的時間，減少開支，同時，也可以減少施工過程中產(chǎn)生的污染，保護環(huán)境。裝配式組合結(jié)構(gòu)橋梁能良好地適應(yīng)橋梁工業(yè)化建造技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

作者簡介：楊振偉（1999— ），男，河南周口人，本科生;研究方向：土木工程。