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        超高性能混凝土在人行天橋上的應(yīng)用分析

        2022-04-15 01:17:18杜蕊蕊
        黑龍江交通科技 2022年2期
        關(guān)鍵詞:凈寬人行天橋跨徑

        杜蕊蕊

        (華新超可隆新型建材科技(黃石)有限公司,湖北 武漢 430073)

        超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)是一種新型混凝土材料,具備優(yōu)異的力學(xué)和材料性能,其抗壓強(qiáng)度高、耐久性好,近年來在橋梁工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,常見應(yīng)用包括橋梁主梁、橋面鋪裝、橋梁濕接縫、橋梁維修加固等。同時,超高性能混凝土也越來越多地應(yīng)用于人行天橋的主梁和橋墩、蓋梁等部位。超高性能混凝土用于人行天橋的建造可降低梁高、減輕結(jié)構(gòu)自重、更好地控制橋面凈空,使橋梁更加輕盈、美觀,且無需后期維護(hù),可顯著降低工程造價。

        目前的研究多針對超高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用,對人行天橋部分的應(yīng)用研究相對較少。結(jié)合國內(nèi)外超高性能混凝土人行天橋?qū)嶋H案例,結(jié)合有限元計算結(jié)果,以30 m跨徑為例,總結(jié)出四種超高性能混凝土人行天橋結(jié)構(gòu)型式,可實(shí)現(xiàn)全預(yù)制裝配化生產(chǎn),滿足人行天橋快速建造需求。

        1 超高性能混凝土人行天橋現(xiàn)狀

        隨著城市發(fā)展和城市群的規(guī)劃,我國新建造市政道路和城市快速路數(shù)量急劇增加,因此,需要更多的人行天橋滿足居民出行需求,同時,應(yīng)控制人行天橋工期,減少對地面交通的影響。常規(guī)人行天橋多采用鋼箱梁或普通混凝土材質(zhì),鋼箱梁結(jié)構(gòu)易腐蝕,維修頻率高,綜合成本高;普通混凝土結(jié)構(gòu)易開裂滲水導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕,且材料強(qiáng)度不足,結(jié)構(gòu)笨重,形式單一,不適應(yīng)大跨度需求。超高性能混凝土不含粗骨料,由高強(qiáng)預(yù)混料、外加劑和鋼纖維組成,材料均質(zhì)、致密、流動性大,材料內(nèi)部均勻分布的鋼纖維能緩解結(jié)構(gòu)受力導(dǎo)致的微裂縫的擴(kuò)展,使材料具備超高的延性和韌性,作為結(jié)構(gòu)主材料將提供超高強(qiáng)度。在同等荷載強(qiáng)度下,超高性能混凝土梁體的結(jié)構(gòu)尺寸介于鋼結(jié)構(gòu)和普通混凝土結(jié)構(gòu)之間。同時,因超高性能混凝土材料致密、孔隙小,其具備高耐久性和耐腐蝕性,無需后期維護(hù),大大減少了建造和維修成本。超高性能混凝土在一定程度上避免了普通混凝土和鋼材的劣勢,綜合單價比常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)人行天橋節(jié)省20%。

        自1997年第一座超高性能混凝土預(yù)應(yīng)力桁架簡支梁人行天橋在加拿大問世以來,以超高性能混凝土為主材料的人行天橋工程實(shí)例不斷增多,國內(nèi)外已建或在建的超高性能混凝土人行天橋已數(shù)十座,這些橋多以梁橋為主,跨徑多在50 m以下。表1列出了部分國內(nèi)外已建或在建超高性能混凝土人行天橋。

        表1 國內(nèi)外部分已建或在建超高性能混凝土人行天橋

        2 超高性能混凝土人行天橋結(jié)構(gòu)型式

        2.1 人行天橋結(jié)構(gòu)型式

        根據(jù)表1,市面上常見的超高性能混凝土人行天橋結(jié)構(gòu)型式多為π型梁、U型梁和箱型梁,因此,設(shè)計的幾種人行天橋主梁也由這幾種結(jié)構(gòu)型式組成,如圖1所示。根據(jù)《城市人行天橋與人性地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ 69—95),人行天橋橋面凈寬不小于3 m,城市主干道通常為雙向6~10車道,路幅寬度通常為30~60 m, 因此四種標(biāo)準(zhǔn)人行天橋主梁以3 m凈寬、30 m跨徑標(biāo)準(zhǔn)簡支梁設(shè)計,同時,考慮預(yù)制人行天橋主梁脫模方便并節(jié)省模具,結(jié)構(gòu)型式線條簡單,脫模過程中不會對結(jié)構(gòu)和模具造成損壞,模具可以多次使用,降低工程造價。3 m凈寬、30 m跨徑人行天橋主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。箱型梁和魚腹箱型梁凈高1.2 m,魚腹箱型主梁底板為流線造型,能滿足景觀需要;π型梁凈高1.25 m,由兩個T型結(jié)構(gòu)組成,U型梁凈高1.6 m,由兩個L型結(jié)構(gòu)組成,考慮經(jīng)濟(jì)成本時,可分開預(yù)制、節(jié)省模具;U型梁的兩側(cè)腹板可同時作為人行天橋的護(hù)欄,考慮景觀需要時,可在腹板上進(jìn)行鏤空設(shè)計,減少材料用量的同時提高橋梁整體觀賞性。

        圖1 四種超高性能混凝土人行天橋結(jié)構(gòu)型式

        表2 四種人行天橋結(jié)構(gòu)參數(shù)

        2.2 有限元計算

        結(jié)合《活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(DBJ43/T325—2017)和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)等規(guī)范,利用有限元軟件midas Civil 2019對標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的四種人行天橋主梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行計算,得到3 m凈寬、30 m跨徑的標(biāo)準(zhǔn)人行天橋主梁在標(biāo)準(zhǔn)組合下的有限元計算結(jié)果如表3所示,結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

        表3 四種人行天橋結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

        (1)材料參數(shù)

        主梁采用UC120超高性能混凝土,按鋼纖維體積摻量為2.0,鋼纖維長徑比為60計。

        鋼絞線采用后張6×9Φs15.2高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa,彈性模量E=1.95×105MPa。

        (2)結(jié)構(gòu)荷載

        二期混凝土鋪裝按30 mm厚度考慮,除U型梁,其余主梁單側(cè)護(hù)欄荷載3 kN/m。

        人群荷載按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)選取。

        鋼絞線控制張拉力:σcon=0.75fpk,σcon為錨下控制應(yīng)力。

        2.3 施工方式

        超高性能混凝土主梁可采用節(jié)段預(yù)制拼裝方式,全梁分為4~6個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段,梁體節(jié)段連接部位設(shè)置剪力鍵,拼縫材料采用環(huán)氧樹脂膠或超高性能混凝土灌漿料,以4個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段為例,一個30 m的直線主梁只需準(zhǔn)備兩套模具即可完成全梁預(yù)制。預(yù)制施工全程流程固定、質(zhì)量可控,在工廠預(yù)制完成后,可在工廠或運(yùn)輸至橋址現(xiàn)場完成拼裝。主梁施工流程主要包括安裝模板、澆筑超高性能混凝土、養(yǎng)護(hù)、脫模、拼接張拉預(yù)應(yīng)力及架設(shè)梁段等。若橋墩、蓋梁等部分同樣采取預(yù)制方式,人行天橋可在短時間內(nèi)迅速完成整體裝配式拼裝,提高建造速度,減少對路面交通影響。

        3 結(jié) 論

        超高性能混凝土人行天橋具備良好經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。通過對市場現(xiàn)有超高性能混凝土人行天橋結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分析,結(jié)合有限元結(jié)果,設(shè)計出四種標(biāo)準(zhǔn)超高性能混凝土人行天橋結(jié)構(gòu)型式,結(jié)構(gòu)計算結(jié)果均可滿足規(guī)范要求,可直接適用于3 m凈寬、30 m跨徑標(biāo)準(zhǔn)人行天橋,其他非標(biāo)人行天橋主梁可參考執(zhí)行??蔀槌咝阅芑炷寥诵刑鞓蛟O(shè)計施工提供一定參考,促進(jìn)超高性能混凝土橋梁應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

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