曾儲惠

（廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣州 510060）

1 引言

隨著橋梁工程朝著新技術(shù)、新材料方向的蓬勃發(fā)展，超高性能混凝土UHPC（Ultra-High Performance Concrete）在橋梁工程領(lǐng)域已得到迅速發(fā)展。 超高性能混凝土是一種新型纖維增強水泥基復(fù)合材料，彈性模量、抗拉強度更高，徐變系數(shù)更小，耐久性好。 與同等跨徑的高強混凝土構(gòu)件相比，UHPC 構(gòu)件抗彎承載力要大得多， 同時具有良好的變形性能和開裂性能，因而具有更好的跨越能力，應(yīng)用前景廣泛[1]。 超高性能混凝土具有良好的韌性、超高的抗壓強度和優(yōu)異的耐久性能，可實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)向輕型、大跨方向發(fā)展，獲得使用環(huán)境下的長壽命以及減少運營期的維護。 工程實踐表明：UHPC 能進一步減小構(gòu)件幾何尺寸、減輕結(jié)構(gòu)自重、提高結(jié)構(gòu)抵抗使用荷載的有效性和增大橋梁結(jié)構(gòu)的跨越能力[2]。 本文以廣花一級公路22 座天橋為背景，研究超高性能混凝土在天橋中的應(yīng)用，采用預(yù)制裝配化施工，以節(jié)約工程造價、減少全壽命周期成本，為超高性能混凝土在城市橋梁建造中的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)UHPC 組合梁，天橋跨徑布置為2.55 m 懸臂+23.6 m+26.4 m+2.55 m 懸臂，全長55.1 m，橋?qū)?.3 m，橋型布置如圖1 所示。 主梁采用預(yù)應(yīng)力超高性能混凝土單箱單室組合箱梁，其中，預(yù)制超高性能混凝土U 形梁高1 m，預(yù)制UHPC 橋面板厚0.2 m，組合箱梁高1.2 m，頂板厚0.12 m，底板厚0.1 m，腹板厚0.2~0.3 m。 U 形梁每片腹板配置3 束型號為15~13 的預(yù)應(yīng)力鋼束， 采用兩端對稱張拉。 UHPC 組合箱梁采用節(jié)段預(yù)制拼裝法施工， 混凝土采用RPC140。 全橋共設(shè)置2 片U 形梁，U 形梁預(yù)制長度為25.9 m和28.7 m，最大吊裝質(zhì)量為51 t。 中墩墩頂處設(shè)置0.5 m 厚濕接縫，采用微膨脹RPC140 現(xiàn)場澆筑。 橋墩采用RPC120 預(yù)制倒梯形板式墩，墩頂尺寸為2.6 m（橫向）×0.7 m（縱向），墩底尺寸為1.5 m（橫向）×0.7 m（縱向），主橋橋墩統(tǒng)一預(yù)制高度為6.1 m。 梯道板梁采用RPC120 預(yù)制，休息平臺和梯道橋墩采用RPC120 分開預(yù)制，其中橋墩為40 cm×60 cm 矩形截面，立面布置如圖2 所示。

圖1 橋梁橫斷面圖（單位：cm）

圖2 預(yù)制梯道立面圖（單位：cm）

3 計算結(jié)果分析

采用Midas Civil 軟件進行整體分析計算，按A 類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件對U 形梁進行驗算，按UHPC 鋼筋混凝土構(gòu)件對橋面板進行驗算。

3.1 施工階段驗算

1）主梁吊裝驗算：預(yù)制U 形梁在吊裝過程中截面上下緣均處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為43.3 MPa，小于限值68.6 MPa，滿足規(guī)范要求。

2）簡支狀態(tài)驗算：主梁吊裝完成后，梁頂最大壓應(yīng)力為36.0 MPa，梁底最大壓應(yīng)力為10.5 MPa，小于限值68.6 MPa。主梁全截面處于受壓狀態(tài)。

3）剛構(gòu)狀態(tài)驗算：截面邊緣混凝土法向壓應(yīng)力為36.6 MPa，小于限值68.6 MPa， 截面邊緣混凝土法向拉應(yīng)力為-8.8 MPa（受壓），小于限值5.46 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2 承載能力極限狀態(tài)驗算

1）主梁最大正彎矩設(shè)計值為6 098 kN·m，承載力設(shè)計值為13 433.8 kN·m。 最大負彎矩設(shè)計值為-2 874.3 kN·m，承載力設(shè)計值為-6 126.7 kN·m。

2）主梁最大剪力設(shè)計值為1 017.5 kN，承載力設(shè)計值為2 661.6 kN，抗剪截面承載力設(shè)計值為3 575 kN。

3）組合截面抗剪驗算：按照JTG/T D64-01—2015《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》對預(yù)制超高性能混凝土U 形梁與橋面板之間單位長度上的縱橋向進行抗剪驗算。 組合梁縱橋向最大剪力Z3 軸為1 006.1 kN/m，抗剪鋼筋提供的抗力為1 489.6 kN/m。 邊墩Z1 軸縱橋向水平剪力為936.9 kN/m，抗剪鋼筋提供的抗力為1 402.0 kN/m。 中墩Z2 軸墩梁固接，縱橋向水平剪力為891.9 kN/m，抗剪鋼筋（含固結(jié)橋墩伸入主梁內(nèi)的鋼筋）提供的抗力為1 726.2 kN/m。 組合截面抗剪驗算滿足規(guī)范要求。

4）按照JTG/T D64-01—2015《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》第6.3 條進行混凝土板縱向抗剪承載力驗算。 單位長度內(nèi)縱向抗剪界面上縱向剪力（Vld）最大值為251.5 kN/m，單位長度內(nèi)混凝土板縱向抗剪承載力（VlRd）為4 840 kN/m，縱向抗剪承載力滿足要求。

3.3 正常使用極限狀態(tài)驗算

1）正截面抗裂驗算：作用頻遇組合下，正應(yīng)力為-6.9 MPa（受壓），小于限值5.46 MPa（受拉），作用準(zhǔn)永久組合下，正應(yīng)力為-6.9 MPa（受壓），小于限值0 MPa，滿足規(guī)范要求且壓應(yīng)力富余較大。

2） 斜 截 面 抗 裂 驗 算： 作 用 頻 遇 組 合 下， 主 拉 應(yīng) 力 為1.74 MPa，小于限值5.46 MPa，滿足規(guī)范要求。

4 技術(shù)特點分析

4.1 橋梁上下部結(jié)構(gòu)采用全預(yù)制裝配化設(shè)計施工

隨著人們環(huán)保意識的提高， 橋梁建設(shè)工期、 施工噪聲污染、 減小交通壓力等逐漸成為橋梁設(shè)計時必須放在首位考慮的因素[3]。 全預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)是一套高效、低碳、環(huán)保的橋梁建造技術(shù)[4]。 結(jié)合廣花一級公路周邊環(huán)境要求高、交通壓力大的特點，橋梁樁基、承臺采用現(xiàn)場澆筑施工，主橋上部結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、主橋墩柱、梯道板梁、梯道平臺板、梯道墩柱采用全預(yù)制裝配化施工。 橋梁裝配化率高，施工速度快，環(huán)境影響小，交通干擾少，有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.2 橋梁上下部結(jié)構(gòu)采用全預(yù)制超高性能混凝土

主橋墩柱采用預(yù)制UHPC 板式墩， 墩底預(yù)留鋼筋與承臺連接。 主梁采用UHPC 預(yù)制U 形梁和預(yù)制橋面板，吊裝就位后通過預(yù)留剪力槽及濕接縫連接成整體箱形梁。 梯道橋墩采用預(yù)制UHPC 柱式墩， 墩柱頂?shù)撞款A(yù)留鋼筋與承臺及梯道平臺板連接，梯道平臺板及梯道板梁采用UHPC 預(yù)制，分塊吊裝就位后通過濕接縫連成整體。 橋梁采用超高性能混凝土UHPC，大大減小了預(yù)制構(gòu)件幾何尺寸、減輕結(jié)構(gòu)吊裝重量，可有效降低預(yù)制裝配化施工成本，減少環(huán)境影響。 超高性能混凝土UHPC 橋梁相較于鋼箱梁可大幅度節(jié)約工程造價， 且UHPC 具有優(yōu)異的耐久性能，能有效降低運營期的維護費用，實現(xiàn)全壽命周期成本最低。

4.3 采用節(jié)段拼裝的整體式箱形截面

以往的預(yù)制混凝土或預(yù)制UHPC 天橋，多采用工字形梁、π 形梁、T 形梁、小箱梁等截面形式，橋下景觀效果差，已不能滿足現(xiàn)代城市的審美要求。 針對城市天橋常用的寬度，本項目采用5.3 m 寬整體式箱形截面，外形景觀效果好。 結(jié)合施工運輸和吊裝的實際條件，將5.3 m 寬整體式箱形截面分解為2.9 m寬的U 形預(yù)制梁和3 m 寬的預(yù)制橋面板， 大大提高了預(yù)制裝配化施工效率。吊裝就位后，通過U 形梁腹板頂設(shè)置的剪力鍵鋼筋及濕接縫與預(yù)制橋面板形成整體式箱形截面。 梯道平臺板整體預(yù)制，預(yù)留槽口與預(yù)制墩柱形成固結(jié)。 5.1 m 寬梯道板梁橫橋向分2 塊整體預(yù)制，現(xiàn)場吊裝就位后，通過濕接縫連成整體板梁，兩端簡支撐在梯道平臺板預(yù)留的牛腿上。 采用節(jié)段拼裝的整體式箱形截面，大大提升了橋梁整體景觀效果，通過“化整為零”，有效解決了施工運輸和吊裝的問題。

4.4 采用簡支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)體系結(jié)構(gòu)

通常UHPC 的生產(chǎn)主要是以高溫預(yù)制方式進行， 據(jù)資料表明UHPC 在常溫養(yǎng)護環(huán)境下也可被用作現(xiàn)場施工澆筑，現(xiàn)場澆筑的UHPC 性能指標(biāo)較預(yù)制的低一些， 抗壓強度通常在100~150 MPa[5]，為現(xiàn)場澆筑縱向濕接縫提供了條件。為保證橋梁簡潔明快的景觀效果，研究采用先簡支后連續(xù)剛構(gòu)體系，避免中墩設(shè)置雙排支座且采用擴大墩頭， 達到3 處橋墩尺寸統(tǒng)一，有利于預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和施工。主梁縱向分為兩跨U 形梁進行預(yù)制，利用中墩底部承臺的寬度搭設(shè)臨時墩，U 形梁吊裝到現(xiàn)場后支撐于臨時墩上形成簡支結(jié)構(gòu)， 吊裝預(yù)制橋面板與U 形梁形成整體截面。 墩頂預(yù)留鋼筋伸入預(yù)留的50 cm 寬縱向濕接縫內(nèi)， 濕接縫現(xiàn)場澆筑超高性能混凝土將兩跨預(yù)制梁與橋墩形成固結(jié)。 UHPC 縱向濕接縫通過強配筋設(shè)計后，可較好地滿足墩梁固結(jié)處的受力要求。

5 結(jié)語

廣花一級公路天橋上下部結(jié)構(gòu)采用全預(yù)制裝配化設(shè)計施工，大大提高了橋梁建造效率，減少對交通和環(huán)境的影響，可取得重大社會效益。 橋梁上下部結(jié)構(gòu)采用全預(yù)制超高性能混凝土，減輕了預(yù)制構(gòu)件吊裝重量，與常規(guī)鋼箱梁結(jié)構(gòu)橋相比，大幅度節(jié)約了工程造價， 且可以較大程度降低運營期的維護費用，全壽命周期成本最低。 研究采用了節(jié)段拼裝的整體式箱形截面和簡支轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)體系，橋梁景觀效果好，滿足了現(xiàn)代城市橋梁建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)高要求。