超大跨徑單向預應力UHPC連續箱梁橋新體系研究

《超大跨徑單向預應力UHPC連續箱梁橋新體系研究》是依託湖南大學，由邵旭東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超大跨徑單向預應力UHPC連續箱梁橋新體系研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邵旭東
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

大跨徑預應力混凝土連續箱梁橋存在著梁體易開裂及跨中長期下撓難控制等熱點問題，已成為其跨徑進一步突破的技術瓶頸。為綜合解決上述難題，申請者研發了一種具備獨立智慧財產權的單向預應力超高性能混凝土（UHPC）連續箱梁橋新體系，即利用UHPC的優異性能，構建與這種新材料相匹配的新型箱梁結構體系：採用結構構造和受力特性介於傳統混凝土箱梁與鋼箱梁之間的密集隔板薄壁箱梁結構，並將傳統三向預應力變為單縱向預應力。前期研究表明，新結構具有自重輕、剛度大、抗拉壓強度高、長期變形小等優點，能同時解決開裂和下撓兩個難題，並可使連續梁橋跨徑擴展到400m級。本項目將完成以下基礎性工作：探明新體系UHPC箱梁橋的基本性能；掌握UHPC箱梁橋腹板抗剪、箱梁抗扭和控制主梁徐變下撓等關鍵技術；形成新體系UHPC箱梁橋的設計方法。本項目成果將為解決橋樑發展的重大需求－掌握大跨徑長耐久混凝土梁橋的核心技術－奠定原創性的堅實基礎。

結題摘要

傳統大跨預應力混凝土箱梁橋在國內外套用廣泛，但長期存在梁體開裂下撓等技術難題，嚴重影響其經濟性、安全性和耐久性，增加了橋樑的維護成本。 為綜合解決上述難題，項目組原創性地提出了一種與超高性能混凝土（UHPC）材料力學性能相適應的大跨徑單向預應力UHPC箱梁結構體系。本項目在以下研究內容方面取得了進展： UHPC材料組分最佳化及其基本力學性能。研發了適用於UHPC箱梁結構體系的具有高抗拉強度和自密實特性的UHPC；研究了鋼纖維的增強增韌作用，得到了其對UHPC抗壓性能、彎拉性能和軸拉性能的影響規律；研究了UHPC梁的徐變性能，結果表明UHPC梁的徐變變形僅為常規梁的20%，有望解決大跨度混凝土梁橋過度下撓問題。 UHPC箱梁結構體系基本受力性能。研究了UHPC橋面板局部受力性能、腹板抗剪性能、抗扭特性、承壓穩定性能等。結果表明：UHPC箱梁橋面板為雙向受力傳力構件，主受力方向為縱向，5.5倍設計車輪局部荷載作用下試驗工況橋面板仍處於線彈性受力階段；UHPC箱梁腹板的抗剪下開裂強度、承載能力、剪下穩定性均完全滿足橋樑設計要求，主跨400m的新型UHPC連續箱梁橋的抗裂安全度可達184.4%；UHPC箱形內設定密集橫隔板對於提高UHPC箱梁抗扭特性和底板承壓穩定性具有明顯的效果；此外，提出了牛腿式箱梁節段接縫和H形體外預應力錨固齒塊的構造形式。 UHPC箱梁結構體系最佳化設計及合理跨徑範圍。最佳化了UHPC箱梁結構體系的整體構型和橋面體系並研究了其合理跨徑範圍，給出了UHPC箱梁各尺寸建議範圍以方便設計，提出了正交異性UHPC矮肋橋面體系以減輕結構自重和方便布置體內預應力，證明了UHPC箱梁結構體系在300~500m跨徑範圍內具有良好的競爭力。 設計方法。提出了新型UHPC箱梁的設計方法，並形成了《UHPC箱梁專用技術規程》。 本研究針對大跨預應力混凝土箱梁橋的典型病害問題提出了新的解決方案，理論和試驗研究均表明，新型UHPC箱梁結構受力性能良好，有望解決大跨預應力混凝土箱梁橋難題，並具有良好的經濟性能。因而本項目研究意義重大，將產生巨大的社會和經濟效益。