桥梁工程课程
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UHPC在大跨径桥梁上应用的探索与实践~01
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授课教授~湖南大学
邵旭东
课题：UHPC在大跨径桥梁上应用的探索与实践
演讲大纲：超高性能混凝土UHPC作为最先进的土木结构材料，具有超高强度、超高韧性和超长耐久性。在大跨径桥梁上引入UHPC，有望实现桥梁结构轻质高强、经济耐久的目标。但如何利用UHPC的优异性能，研发相适应的结构，解决当前和未来大跨径桥梁的痛点难点，是需要深入研究的课题，也是一个非常广阔的研究领域，国际上对此研究目前尚处于起步阶段。本次课程分享作者在该领域的部分研究体会，包括轻型桥面板、梁桥、拱桥等。希望起到抛砖引玉的作用。
由于课程内容较多，本次课程采用里连载形式
让我一起进去课程吧
课程开始
一、关于UHPC
邵教授首先为大家介绍了什么是UHPC
UHPC（Ultra-HighPerformanceConcrete）即超高性能混凝土，系指抗压强度MPa以上、具有超高韧性和超长耐久性的水泥基复合材料，由法国学者于年研发成功。
湖南大学是国内最早研究UHPC的单位之一，国内首篇UHPC论文发表于《混泥土》年第3期。
目前世界有法国和中国颁布了UHPC材料或结构规范，另有部分国家颁布技术指南。
在UHPC出现之前，我们知道有钢、钢+混凝土、混泥土三种结构，同等体积重量分别%、%、%那么UHPC出现以后，我们可以得到钢+UHPC、UHPC、UHPC+混泥土，也就是6种结构，UHPC同等体积重量分别%、%、%。
二、轻型桥面板1：钢-STC轻型组合桥面结构
根本原因：
1、钢桥面局部刚度过低；
2、钢与沥青黏结困难；
3、重载、高温雨水耦合作用
STC抗裂部分的设计要点
STC作为桥面结构层，按年不开裂设计，具体规定:
STC需满足如图所示的应变硬化要求
为了在耐久性与经济性之间达到平衡，按裂缝宽度0.05mm（对STC耐久性无影响）控制设计。当钢面板厚12mm,STC厚度为45mm,钢筋直径均为10mm时，配筋STC的名义抗裂强度容许值应分别符合表中规定；对于其他情形，相应的容许值根据公式计算确定。
STC在0万次疲劳寿命下的疲劳强度为0.7倍名义抗裂强度容许值。
养护结束后，STC的收缩应变和徐变系数终值按下表（与法国规范相同）
当采用高温蒸汽养护时，STC养护完成之后的收缩应变为0,无需计算收缩应力；
当采用自然养护时，STC的收缩受到钢面板的强约束，将导致STC内产生高拉应力。瑞士学者KatrinHabel提出了以下收缩应力计算公式，已被瑞士超高性能混凝土规范采用。
如果不蒸养，STC内将产生多大的收缩应力？
若钢板厚14mm、STC层厚45mm,STC25弹性模量E=40.7GPa
STC的温差应力
STC接缝的强化
对于分段分块施工情形，STC中的钢纤维在接缝处被认为阻断，导致接缝STC的抗裂强度非常低（经凿毛处理的接缝抗裂强度，实测仅为非接缝截面的20-30%）。
STC施工成套技术，高精度摊铺整平，大面积蒸养，单次15小时可浇筑平米。
工程应用
STC轻型组合桥面结构，年首次应用于广东肇庆马房桥。
年，本技术首次应用于广东肇庆马房大桥，该桥修建于年，为14跨简支钢箱梁桥，每跨64m，桥面刚度低、重载交通量大，桥面铺装平均每三年大修一次。
年，马房大桥钢桥面铺装全面翻修，在广东省交通厅主持下,同技术作对比
根据国家级权威机构检测，、、、对马房桥做了4次加载检测。STC未发现有裂纹出现。
严重疲劳病害钢桥面的STC加固新技术
我国大跨径钢桥建设始于上世纪90年代，早期修建的大跨径钢桥桥面已进入疲劳开裂病害多发期
武汉某长江大桥（斜拉桥）桥面检出1条裂缝，如不能修补，整桥存在报废的危险。
实桥检测发现，78%的裂缝属纵肋顶部钢面板裂缝
裂缝虽经修补，但又很快复裂.
如果钢桥面板裂缝不修补，STC下缘将承受过大的拉应力
面对桥面严重疲劳病害无法修复的现实，只能考虑原钢桥面带裂缝工作。
加固目标：
1、加固后原钢桥面裂缝不扩展
2、STC层不开裂破损
3、STC与原钢桥面结合牢固。
以武汉某长江大桥为背景，开展了系列理论和试验研究,验证了该新型加固方法的可行性。
加固方案：
有限元计算分析
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下期预告
轻型桥面板2：UHPC矮肋桥面板结构