高效混凝土在橋梁中的應(yīng)用
2011-10-09 來源：中國百科網(wǎng)
一、高效混凝土高效混凝土（HPC）是具有高質(zhì)量和高耐久性的混凝土，具有四個(gè)方面的特征，即：
高強(qiáng)度。15mm立方體標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值高于60MPa；高耐久性。密實(shí)性好、抗?jié)B性好、抗碳化能力強(qiáng)、抗腐蝕能力高，使用年限大于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；
高體積穩(wěn)定性。較小的混凝土徐變變形和收縮變形；高工藝性。綜合而言，高性能混凝土即是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，使混凝土結(jié)構(gòu)能提高使用年限，降低工程成本的混凝土。
二、高效混凝土應(yīng)用及發(fā)展
多年來，在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁領(lǐng)域一直采用40～50MPa的混凝土，然而實(shí)踐中常常出現(xiàn)28d實(shí)際強(qiáng)度超過50MPa的情況。由于高效混凝土具有更高的強(qiáng)度、更高的彈性模量、更高的抗拉強(qiáng)度、較小的徐變和更好的耐久性，高強(qiáng)混凝土梁較之普通混凝土梁具有較小的初始撓度熱高的允許抗拉強(qiáng)度激小的預(yù)應(yīng)力損失激小的上拱度變化和更長的使用壽命，最近幾年，世界各國對高效混凝土產(chǎn)生較大興趣并開始應(yīng)用于橋梁實(shí)踐。
國際范圍內(nèi)高效混凝土在橋梁上的應(yīng)用近十年時(shí)間，典型工程實(shí)例為挪威跨徑220m連續(xù)鋼構(gòu)橋以及丹麥大帶橋，索塔、預(yù)應(yīng)力主梁和預(yù)應(yīng)力隧道節(jié)段均采用強(qiáng)度50～60N／平方毫米高強(qiáng)混凝土；在加拿大已有100余座橋梁采用了高效混凝土，如連接愛德華王子島和新布蘭斯威克長達(dá)8英里的 Northumberland Strait Crossing橋采用55N／平方毫米的高強(qiáng)度混凝土，主跨達(dá)250m. 1993年美國高速公路管理局開始高效預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的研究工作。德克薩斯SanAngelo橋是此研究工程項(xiàng)目之一。此橋的特殊之處是東西兩側(cè)分別采用強(qiáng)度為70～100N／平方毫米高效混凝土梁和強(qiáng)度為35～40N／平方毫米常規(guī)混凝土梁，以便對不同混凝土進(jìn)行造價(jià)比較。經(jīng)比較，對于常規(guī)混凝土跨徑37m的梁，當(dāng)采用高效混凝土?xí)r跨徑可達(dá)44m.由于高效混凝土具有較高的強(qiáng)度，由引可加大跨徑或當(dāng)跨徑不變時(shí)可采用較小的梁高。此外，高效混凝土抗?jié)B能力較強(qiáng)，因而氯化物的滲入可減少一半，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性。在橋梁結(jié)構(gòu)中采用高效混凝土，效果十分明顯。
美聯(lián)邦公路管理局（FHWA）對常用的預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)費(fèi)用戶改益分析，提出T梁作為預(yù)應(yīng)力梁國家標(biāo)準(zhǔn)采用。
第一部分針對跨徑小于27.4m的梁。此類梁的控制條件為預(yù)加應(yīng)力階段的初始預(yù)應(yīng)力。由于預(yù)加應(yīng)力階段的恒載長久起作用，對于所述跨徑采用高膽混凝土無實(shí)際意義。第二部分針對跨徑27.4～30.5m，混凝土強(qiáng)度41～55MPa和跨徑27.4～33.5m，混凝土強(qiáng)度≥55MPa的情況。由于采用高強(qiáng)混凝土，梁距可以加大。在此范圍存在著梁距加大帶來的節(jié)約及由此引起單位橋面費(fèi)用增加的平衡點(diǎn)。第三部分則是針對跨徑大于30.5m，混凝土強(qiáng)度在41～55MPa和跨徑大于33.5m，混凝土強(qiáng)度大于55MPa的情況。這個(gè)范圍代表了所分析斷面高強(qiáng)混凝土的最優(yōu)效益。
①隨著梁混凝土強(qiáng)度的遞增，最優(yōu)造價(jià)曲線右移。這意味著在單位造價(jià)不增加的情況下，梁的跨徑增大了；②梁混凝土強(qiáng)度超過 69MPa效益減小心高強(qiáng)混凝土用于較小跨徑時(shí)無明顯效益。
目前，高效混凝土又有新的發(fā)展。強(qiáng)度120N／平方毫米的混凝土用于一座人行橋，它不需機(jī)械震搗。在加拿大，采用強(qiáng)度200N/平方毫米的纖維加強(qiáng)混凝土修建了一座人行天橋。
在我國，近五年來，高效混凝土（≥C60級）在橋梁工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。長江、黃河上的一些公路橋梁均成功地采用了60號混凝土。關(guān)于高效混凝土的科研工作已取得了喜人的成就。如河南焦作市公路局和海威工程咨詢有限公司對采用高效預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究。
采用高性能混凝土空心板較普通PC空心板可節(jié)省混凝土 35％以上，可節(jié)省鋼鉸線15％以上，在16～30m跨徑范圍內(nèi)，材料費(fèi)用節(jié)省20％。因此對于公路橋梁工程中大量使用的空心板采用高性能混凝土井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
三、限制條件為了發(fā)揮高效混凝土的作用，需要設(shè)置較強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力。
因此必須選擇高強(qiáng)低松馳鋼絞線。采用2070MPa（300級）的鋼絞線比采用1860MPa（270 級）鋼絞線效益更高。
截面尺寸主要是底翼緣（馬蹄）的尺寸選擇，增加下翼緣的尺寸可以容納更多的鋼束，因此引起混凝土體積及相應(yīng)重量的增加，但當(dāng)混凝土強(qiáng)度超過55MPa時(shí)才會體現(xiàn)出較佳的費(fèi)用效益比。
鋼絞線規(guī)格、間距及其強(qiáng)度對高強(qiáng)混凝土的效益均有一定影響。一般而言，采用較大鋼絞線直徑（15.2mm）較小鋼束間距時(shí)效益較明顯。
限于運(yùn)輸條件，當(dāng)梁跨徑較大時(shí)會引起費(fèi)用的增加。
四、結(jié)論與建議
（1）采用高效混凝土梁板斷面高度可以降低，從而較少工程投資，這對于新建和重建橋梁均具有重要意義。
（2）采用高效混凝土，因材料數(shù)量減少，對保護(hù)自然資源、減少環(huán)境污染、保護(hù)環(huán)境十分有益。
（3）在不久的將來，應(yīng)集中應(yīng)用強(qiáng)度達(dá)60MPa的混凝土。對現(xiàn)有采用270級直徑12.7mm凈距和保護(hù)層均為50mm的鋼鉸絞線斷面，采用70MP4的混凝土?xí)r可以加大梁板跨徑，結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)。至少各公路部門對較大跨徑的梁應(yīng)采用50MPa的抗壓強(qiáng)度。事實(shí)上許多預(yù)制梁已經(jīng)達(dá)到此水平。
（4）在成功應(yīng)用強(qiáng)度大于70MPa混凝土之前，就開展梁的傳力長度、撓度、橫向穩(wěn)定性和動(dòng)力特性、預(yù)應(yīng)力損失、梁的抗剪強(qiáng)度、設(shè)計(jì)壽命以及橋面系研究。
