UHPC在公路改擴(kuò)建橋面板加固中的應(yīng)用

UHPC在公路改擴(kuò)建橋面板加固中的應(yīng)用

王明法摘要：本文從京滬高速公路改擴(kuò)建實(shí)際工程案例出發(fā)，采用UHPC增大截面法對(duì)橋面板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。通過有限元計(jì)算，本加固方案可以滿足抗剪承載力要求，通過植筋加固將加固層與原構(gòu)件進(jìn)行連接，保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作，養(yǎng)護(hù)完成后橋面加固層無裂縫出現(xiàn)，橋面平整度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。關(guān)鍵詞：UHPC;增大截面;改擴(kuò)建;加固：U414

：A

：1006—7973（2021）02-0159-02目前高速公路橋梁由于超載、養(yǎng)護(hù)不到位等因素，陸續(xù)出現(xiàn)各種病害，而傳統(tǒng)加固方法存在加固困難、效果不理想等問題。超高性能混凝土材料以其強(qiáng)度高、延性好、與普通混凝土黏結(jié)好等優(yōu)點(diǎn)而特別適用于橋梁加固[1]。采用UHPC對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)加固的主要方法為增大截面法。研究表明，UHPC加固方法以UHPC材料自身超高的抗拉強(qiáng)度，在一定程度上可以提高普通混凝土板的剛度和延性[2]。劉超等以滬嘉高速公路蕰藻浜大橋加固項(xiàng)目為背景，為修復(fù)橋面板的裂縫，改善橋梁受力，提出超高性能混凝土（UHPC）薄層加固法，發(fā)現(xiàn)其可以增強(qiáng)主梁和橋面板之間的聯(lián)系，提高橋面板的剛度，降低橋面板橫向應(yīng)力及撓度。本文從京滬高速公路改擴(kuò)建橋面板加固實(shí)際工程案例出發(fā)，采用有限元計(jì)算來研究超高性能混凝土應(yīng)用于橋面板加固的承載力，提出采用超高性能混凝土增大截面加固橋面板的施工方案。1工程概況京滬高速公路臨沂段改擴(kuò)建工程起自蒙陰縣與新泰市交界處K540+580，經(jīng)蒙陰縣、沂南縣、蘭山區(qū)、高新區(qū)、羅莊區(qū)、蘭陵縣、郯城縣七個(gè)縣區(qū)，止于郯城縣紅花埠南（魯蘇界）K710+000，接已建京滬高速公路江蘇新沂至淮安段，全長169.3公里。本次加固維修的工作范圍為紅花阜互通全橋橋面。紅花埠互通立交原橋設(shè)計(jì)為（15+20+15）鋼筋混凝土連續(xù)空心板，分左右兩幅，左幅寬20.6m，右幅寬13.5。柱式墩，樁柱式橋臺(tái)，與下穿通道斜交70°。2加固方案加固的思路是通過增大截面法對(duì)空心板梁橋進(jìn)行加固，采用UHPC加固既有普通混凝土結(jié)構(gòu)，形成UHPC外層與普通混凝土結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使加固后橋梁滿足承載力要求，同時(shí)使普通混凝土結(jié)構(gòu)容易受環(huán)境與機(jī)械荷載損傷的部位得到高強(qiáng)度、高耐久的UHPC層保護(hù)，最終結(jié)構(gòu)使用壽命得到大幅延長。2.1加固設(shè)計(jì)本項(xiàng)目中空心板總體性能良好，采用超高性能混凝土UHPC加厚橋面板方法來加固橋梁，方案如下：相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指出，增設(shè)超高性能混凝土層時(shí)，原構(gòu)件混凝土表面宜進(jìn)行鑿毛處理。除此外，尚宜采取種植剪切銷釘（鋼筋）或?qū)⒓庸虒有略鲣摻钆c原構(gòu)件鋼筋采用短筋連接等措施。本方案采取植筋加固以更好保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作，具體如上圖1所示。2.2加固計(jì)算計(jì)算模型采用Midascivil2019梁單元有限元。UHPC加固層與原空心板之間為剛接;橋面鋪裝作為二期恒載采用外荷載施加;邊界條件采用彈性支撐模擬?；窘M合下剪力計(jì)算結(jié)果如下圖所示：經(jīng)計(jì)算，本加固方案可以滿足抗剪承載力要求，結(jié)果如下表所示：3現(xiàn)場實(shí)施3.1超高性能混凝土超高性能混凝土由水泥、干混料、鋼纖維和外加劑等組成，其中水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥;鋼纖維采用抗拉強(qiáng)度≥2000MPa的鍍銅鋼纖維;減水劑采用減水率≥30%的粉體聚羧酸減水劑;干混料由中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司根據(jù)本工程需求針對(duì)性開發(fā)。通過優(yōu)選原材料，混凝土配合比如表3所示：根據(jù)T/CCPA7-2018《超高性能混凝土基本性能與試驗(yàn)方法》進(jìn)行混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)，各強(qiáng)度指標(biāo)如表4所示：3.2加固施工鑿除鋼筋銹脹部位疏松的混凝土。混凝土鑿除過程中，鋼筋應(yīng)完全剝離出來，特別注意鋼筋內(nèi)側(cè)與混凝土粘結(jié)面之間應(yīng)剔除干凈。原構(gòu)件混凝土露出骨料斷面后，應(yīng)在原構(gòu)件鑿毛成凹凸差不小于6mm且露出至少一半粗骨料的粗糙面。在鑿除施工之前，需要判斷結(jié)構(gòu)的安全性能。在原下部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行植筋，為了避免植筋對(duì)原結(jié)構(gòu)造成損傷，在植筋之前需要探明原鋼筋位置，盡量避開，并適當(dāng)增大植筋孔間距。采用滿足性能要求的超高性能混凝土增厚截面，增厚厚度為5cm。施工過程中保證混凝土材料的性能要求及施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制鋼筋網(wǎng)的保護(hù)層厚度。每完成2-3m長度超高性能混凝土振搗整平，馬上沿橫橋向覆蓋薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。本橋面板加固施工，通過植筋加固將加固層與原構(gòu)件進(jìn)行連接，保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作。一方面依靠配筋UHPC自身超高的材料性能增強(qiáng)加固結(jié)構(gòu)的整體剛度、延性及承載能力，同時(shí)充分利用UHPC與普通混凝土的表面粘結(jié)力來提供界面抗剪能力[2]。養(yǎng)護(hù)完成后橋面加固層無裂縫出現(xiàn)，橋面平整度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。4結(jié)論根據(jù)工程實(shí)際，通過混凝土工作性調(diào)整和施工工藝優(yōu)化，很好地實(shí)現(xiàn)了超高性能混凝土橋面加固實(shí)施，主要結(jié)論如下：（1）采用Midascivil2019有限元計(jì)算本加固方案滿足抗剪承載力計(jì)算要求，其抗剪鋼筋可按構(gòu)造要求進(jìn)行配筋。（2）通過植筋加固將加固層與原構(gòu)件進(jìn)行連接，保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作，養(yǎng)護(hù)完成后橋面加固層無裂縫出現(xiàn)，橋面平整度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。參考文獻(xiàn)：[1]王春暉.采用