超高性能混凝土在桥梁工程中的应用

超高性能混凝土在桥梁工程中的应用

摘要同普通混凝土与高性能混凝土相比较，超高性能混凝土则具备油价优良的力学性能与耐久性。虽然其发展的时间并不长，但已经在众多土木工程中得到了广泛的应用。笔者将简要阐述超高性能混凝土在桥梁工程应用中的良好特性，并对其在桥梁工程应用中的实际情况进行分析。

关键词超高性能；混凝土；桥梁工程

超高性能混凝土（UHPC）指的是一种全新的超高性能材料，主要用于水泥基工程，在1993年由法国的BOUYGUES公司研制而成，最初的名字称为活性粉末混凝土（RPC）。UHPC相对于普通的水泥基混凝土材料而言，有着更加优良的抗拉抗压强度、阻裂性、耐磨性、耐腐蚀性、耐磨性等等[1]。

1 超高性能混凝土在桥梁应用中的优良特质

通过表1中所列出的数据对比可以清晰地看出，UHPC有着非常多的优良特性，在桥梁建设中的应用显得非常适用，特别是预应力桥梁，具体表现如下：

由于UHPC材料的抗压强度和弹性模量都非常高，所以在实际应用当中，不仅能够让桥梁结构保持较大的承载能力，还能避免整体构架发生重大变形。

UHPC材料的抗折强度非常高，同时其也具备优良的延展性，这就确保了应用在桥梁结构中时，能够承受较大的拉力和弯折，即使桥梁结构发生开裂，UHPC 材料也能发挥其强大的抗拉能力。

UHPC材料具备优良的变形性能与断裂韧性，这一特性确保了整个桥梁构架有着非常好的吸收能量的能力，大大提高了桥梁构架的整体抗震能力。

UHPC材料有着较小的收缩和徐变变形特性，这一特性在预应力结构应用中的作用显得尤为突出，其有效地解决了现阶段大跨度预应力混凝土桥梁主要存在的问题，即由于预应力损失所造成的挠度过大的问题，大大降低了预应力的损耗。

UHPC材料具备优良的耐久性，其能够有效抵挡氯离子腐蚀、冻融破坏以及碳化磨损等，保障了在桥梁结构在复杂的外部环境当中，仍旧能够有效地抵挡各种腐蚀，保证了桥梁结构的使用寿命周期得到延长。

综上所述可知，在桥梁工程中应用UHPC材料，能够节省材料、缩小结构截面面积与构架重量、提升结构的整体跨度，同时也就让桥梁结构内部的钢筋布设变得更为简单，降低了工程难度，节省大量的人力财力，还能提升整体结构的安全性、耐久性和使用寿命[1]。

2 超高性能混凝土在桥梁工程中的应用

2.1 在装配式桥中的应用

⑴装配式UHPC肋板

正因为UHPC具备一系列的优良特性，在世界范围内UHPC桥梁也在逐渐增多，在这其中，装配式UHPC板材得到了大量的应用。例如，在美国爱荷华州的Little Cedar Creek桥就是一座典型的装配式桥梁。其所预制的UHPC肋板在通过之后，浇筑UHPC将缝隙铰合，然后再与I型梁延伸出的钢筋进行连接构建成整体。整座桥梁装配有14块UHPC肋板，每一块UHPC肋板规格为2.44m×4.58m，厚度为6.4cm，肋高20.3cm。

随着UHPC肋板一次次在实际桥梁建设中的成功应用，也逐步改变了原有的桥面板构建形式和施工方法。从厚度方面进行比较，UHPC板材只有普通C40混凝土板材的三分之一，显得更加纤薄，降低了吊装施工的难度。此外，UHPC 还具备良好的耐久性能，大大地延长了桥梁的使用寿命周期。尤其是UHPC的收缩徐变更小，弹性模量更高，在实际运用中预应力的损耗也相应降到了最低。

⑵装配式UHPC梁

近年来，在世界范围内，已经有越来越多的装配式UHPC梁桥建造完工，其截面形状分为I型、T型、π型、U型和箱型等。例如，法国境内横跨A51高速公路的PS34天桥，就是一座47.4m跨径的典型预应力简支UHPC箱梁。再如，北美首座UHPC公路桥，位于美国爱荷华州的Mars Hill桥，其主体结构就是由三片UHPC带马蹄T梁，整体跨径达33.5m，梁高为1.14m，同等标准下与普通混凝土T梁相比较，UHPC的材料使用更加节省，不仅提升了整体桥梁结构的跨越力，而且还减小了吊装施工的难度。

由此可见，装配式桥梁不仅能加快工程进度，还能确保每一部分UHPC构件的质量完好。虽然UHPC材料的前期成本较高，但由于其耐久性良好，后续的维护成本远远小于现浇梁，并且在复杂多变的环境影响下，随着时间的推移，其优势则愈发凸显。

2.2 在桁架桥中的应用

位于德国的Gartnerplatzbrücke桥全长36m，是一座典型的桁架桥梁。其下弦杆与腹杆材质为钢管，上弦杆则为UHPC材料，利用螺栓预应力将上弦和腹杆相连，整座桥梁的施工方案为先筒支，后连续。桥面主要由宽5m、厚5～10cm 的UHPC预制板构成，利用环氧树脂胶使其与上弦杆达到黏合。

同传统的钢材对比，UHPC材料由于其超强的防腐性，大大减小了后续的维护成本。同普通混凝土材料相比，UHPC材料的抗压性则更高，可与钢材相媲美。筒支桁架的上弦为主要的承重构件，所以UHPC材料未来的发展前景非常可观。

2.3 在拱桥中的应用

位于韩国首尔，横跨汉江的和平人行拱桥，全长120m。据数据表明，其翼缘板的厚度为3cm，并且张拉横向预应力；腹板厚度为16cm，并且预留纵向预应力孔位。整座桥梁没有预设普通钢筋，主分6块长度为20m的节段，利用张拉预应力将整体进行连接。

拱桥的主拱圈不仅要承受主要受压，还承担弯矩。普通混凝土的上承式拱一般为120m，而UHPC的主拱圈仅仅为0.65倍左右，显得更加纤薄美观。此外，也正因为UHPC材料的抗压抗压强度高以及收缩徐变较小，是作为主拱圈材料的首选。

3 结束语

综上所述，UHPC材料凭借其在抗拉抗压性、耐久性和收缩徐变等方面的优异性能，使其在桥梁工程中得到了广泛的应用。应用UHPC材料的桥梁结构跨越能力广大，桥面更加纤薄美观，后续维护成本更低，寿命周期更长。相信随着UHPC材料的制备技术越来越成熟，成本也会相应下降，超高性能混凝土将会应用到越来越多的工程领域，其发展前景非常广阔。

参考文献

[1]徐海宾，邓宗才.超高性能混凝土在桥梁工程中的应用[J].世界桥梁，2012，40（03）：63-67.