正交异性轻型组合桥面新体系

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1、2016茅以升基金会学术交流（北京） 正交异性轻型组合桥面新体系 研发与应用 邵旭东邵旭东 20162016年年5 5月月 超高性能混凝土UHPC 2016/5/9 2 正交异性轻型组合桥面新体系 一. 关于UHPC 摘自摘自“百度百科百度百科”： 超高超高性能混凝土性能混凝土，简称简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作也称作活性粉末活性粉末混凝混凝土土RPC (Reactive Powder Concrete)，是过去三是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工实现工程材料性能的程材料性能的大跨越大跨越。

2、2016/5/9 3 正交异性轻型组合桥面新体系 一. 关于UHPC “超高性能混凝土”包含两个方面超高“超高性能混凝土”包含两个方面超高超高的超高的力学性能力学性能和超高的和超高的耐久性耐久性 2016/5/9 4 正交异性轻型组合桥面新体系 一. 关于UHPC 混凝土类型混凝土类型 UHPCUHPC 普通混凝土普通混凝土 UHPC/UHPC/普通普通 抗压强度（抗压强度（MPa） 150230 2050 约约4倍倍 抗折强度（抗折强度（MPa） 3060 25 约约10倍倍 弹性模量（弹性模量（GPa） 4060 3040 约约1.2倍倍 徐变系数徐变系数 0.20.3 1.42.5 约约

3、15% 氯离子扩散系数（氯离子扩散系数（m m2 2/s/s） 1 10-11 0.01 10-11 1/100 电阻率（电阻率（kWcmkWcm） 1133 96 (C80) 约约12倍倍 不同材料不同材料等强度等强度对比对比 正交异性轻型组合桥面新体系 5 2016/5/9 UHPC 一. 关于UHPC 正交异性轻型组合桥面新体系 6 2016/5/9 韩国韩国制定了制定了Super Bridge 200大型大型研究项目研究项目，核心，核心 是以是以UHPC为主要材料，研发寿命为主要材料，研发寿命200年年的的桥梁桥梁技术。技术。 韩国超级桥梁韩国超级桥梁200 普通混凝土寿命普通混凝土寿

4、命50年年 UHPC寿命寿命200年年 一. 关于UHPC （海洋环境）（海洋环境） 正交异性轻型组合桥面 解决正交异性钢桥面疲劳开裂、铺装层破损的难题 2016/5/9 7 正交异性轻型组合桥面新体系 1. 钢桥桥面铺装频繁破损频繁破损 钢桥的难题 2016/5/9 8 正交异性轻型组合桥面新体系 2. 钢结构疲劳开裂疲劳开裂 钢桥的难题 2016/5/9 9 正交异性轻型组合桥面新体系 钢桥的难题钢桥的难题 2016/5/9 10 正交异性轻型组合桥面新体系 夏天：夏天： 沥青铺装寿命短的根本原因：沥青铺装寿命短的根本原因： 钢桥面钢桥面70 沥青软化沥青软化+ 重载碾压重载碾压 雨水侵入

5、雨水侵入 冬天：冬天： 沥青硬化，沥青硬化， 弹模增弹模增10倍倍 高应力状高应力状 态态 细微裂纹细微裂纹 沥青铺装沥青铺装 内部损伤内部损伤 （车辙）（车辙） 加速加速 损坏损坏 属属高温、重载、雨水高温、重载、雨水耦合效应，但从未做过耦合试验！耦合效应，但从未做过耦合试验！ 钢桥的难题钢桥的难题 2016/5/9 11 正交异性轻型组合桥面新体系 正交异性钢桥面早期开裂的原因：正交异性钢桥面早期开裂的原因： 1.1.疲劳应力幅过大；疲劳应力幅过大； 2.2.焊接应力难以估计。焊接应力难以估计。 为缓解病害为缓解病害，国外尝试水泥基材料作为钢桥面的铺装层国外尝试水泥基材料作为钢桥面的铺装层

6、，即刚性铺装即刚性铺装。如：如： （1）密配筋高性能混凝土密配筋高性能混凝土RHPC (Reinforced High Performance Concrete) （2）钢纤维混凝土钢纤维混凝土SFRC (Steel Fiber Reinforced Concrete) RHPCRHPC铺装（荷兰）铺装（荷兰） SFRCSFRC铺装（日本）铺装（日本） 钢桥的难题钢桥的难题 2016/5/9 12 正交异性轻型组合桥面新体系 但实践表明但实践表明，由于混凝土抗拉强度低由于混凝土抗拉强度低，收缩收缩、局部应力大局部应力大，混凝土混凝土 层易出现开裂现象层易出现开裂现象。 照片来自：照片来自： J

7、un Murakoshi,Naoki Yanadori. Research on Steel Fiber Reinforced Concrete Pavement on Orthotropic Steel DeckA.Proceeding of The 2nd International Orthotropic Bridge Conference C.2008. 钢桥的难题钢桥的难题 日本日本横滨港湾大桥横滨港湾大桥SFRC钢桥钢桥面铺装开裂面铺装开裂 2016/5/9 13 正交异性轻型组合桥面新体系 超高性能轻型组合桥面超高性能轻型组合桥面 综合解决综合解决钢桥面疲劳裂纹钢桥面疲劳裂纹和和

8、铺装易损坏铺装易损坏的桥面新体系：的桥面新体系： 钢面板钢面板 铺装层铺装层 (640mm) STC 层层 (3560mm) 栓钉和钢筋栓钉和钢筋 轻型组合桥面轻型组合桥面 2016/5/9 14 正交异性轻型组合桥面新体系 基于基于UHPC，研发成功，研发成功专用于专用于钢桥面的钢桥面的超高韧性混凝土（超高韧性混凝土（STC）材料，）材料， 克服了克服了收缩、开裂、疲劳、薄层组合等一系列收缩、开裂、疲劳、薄层组合等一系列难题难题。 （1 1）提高桥面局部刚度）提高桥面局部刚度4040倍倍以上，延长以上，延长正交异性钢桥面抗正交异性钢桥面抗 疲劳寿命超疲劳寿命超3 3倍倍。 （2 2）钢）钢桥

9、面铺装的桥面铺装的难题难题不复存在不复存在。 钢钢STC轻型组合桥面优点：轻型组合桥面优点： 轻型组合桥面新理念 组合桥面组合桥面 传统钢桥面传统钢桥面 2016/5/9 15 正交异性轻型组合桥面新体系 超高性能轻型组合桥面超高性能轻型组合桥面 六年以来，完成了六年以来，完成了300余个相关试验余个相关试验 2016/5/9 16 正交异性轻型组合桥面新体系 技术规程 STC静力性能：静力性能： 抗压强度抗压强度120160MPa 抗裂强度抗裂强度22.731.5MPa 抗疲劳强度抗疲劳强度(500万次万次)： STC：11.115.4MPa 栓钉：栓钉：80MPa 2016/5/9 17

10、正交异性轻型组合桥面新体系 轻型组合桥面结构轻型组合桥面结构 应用于广东肇庆马房桥应用于广东肇庆马房桥 应用于马房桥（试验桥）应用于马房桥（试验桥） 工程应用工程应用 2016/5/9 18 正交异性轻型组合桥面新体系 广东肇庆广东肇庆马房大桥马房大桥（公、铁两用桥公、铁两用桥） 马房大桥建成于马房大桥建成于1984年，为年，为14 64米简支钢箱梁。米简支钢箱梁。 由于由于桥面板刚度小，桥面板刚度小，交通量大，重车多，桥面铺装交通量大，重车多，桥面铺装频繁破损。频繁破损。 2016/5/9 19 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 马房桥钢桥面铺装层病害马房桥钢桥面铺装层病害 20

11、16/5/9 20 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 实桥施工实桥施工 2016/5/9 21 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 焊接桥面短栓钉焊接桥面短栓钉 钢筋网钢筋网及焊钉及焊钉 桥面现浇桥面现浇50mm厚厚STC层层 STC桥面桥面高温蒸汽养生高温蒸汽养生 2016/5/9 22 正交异性轻型组合桥面新体系 第三方检测报告 荷载试验检测报告荷载试验检测报告 2016/5/9 23 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 荷载试验检测报告荷载试验检测报告 国家级权威检测机构：国家级权威检测机构：铁科院检测中心铁科院检测中心分别于分别于20112011年、年、

12、20122012和和20142014年年对马房桥做了对马房桥做了3 3次加载检测。结论次加载检测。结论： 未见未见STC开裂破损的现象开裂破损的现象； STC完完成成后，后，钢钢构件应力明显下降，相对于原铺装状构件应力明显下降，相对于原铺装状 态，应力降低幅度达态，应力降低幅度达 80%92%，三次检测性能不变三次检测性能不变。 2016/5/9 24 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 除除STC方案外，马房大桥桥面铺装翻修方案外，马房大桥桥面铺装翻修 （2010年年-2011年）还采用了其他年）还采用了其他4种方案。种方案。 2016/5/9 25 正交异性轻型组合桥面新体系 工

13、程应用工程应用 运营运营4年后年后 2016/5/9 26 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 第第1-9跨橡胶沥青跨橡胶沥青 1-9跨跨 坑槽、开裂、钢板外露坑槽、开裂、钢板外露 2016/5/9 27 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 第第10跨日本环氧沥青跨日本环氧沥青 开裂、车辙开裂、车辙 第第10跨跨 2016/5/9 28 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 第第12跨跨SPS夹心层夹心层 开裂、车辙开裂、车辙 第第12跨跨 2016/5/9 29 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 第第13-14跨聚合物混凝土跨聚合物混凝土 严重破损、钢

14、板外露严重破损、钢板外露 13-14跨跨 2016/5/9 30 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 STC层完好层完好 铺装层完好铺装层完好 第第11跨跨 2016/5/9 31 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 20132013年年1111月通过月通过了鉴定了鉴定 郑皆连、聂建国院士郑皆连、聂建国院士等等 鉴定鉴定委员上桥委员上桥察看，未察看，未见见 任何裂缝任何裂缝 2016/5/9 32 正交异性轻型组合桥面新体系 工程应用工程应用 具有广阔的应用前景，具有广阔的应用前景， 达到国际领先水平。达到国际领先水平。 经对比，使用效果显著经对比，使用效果显著 优于其它铺

15、装方案。优于其它铺装方案。 2016/5/9 33 正交异性轻型组合桥面新体系 应用于佛陈大桥应用于佛陈大桥 （跨径（跨径112.8m钢连续梁）钢连续梁） 正交异性轻型组合桥面新体系 34 2016/5/9 焊接栓钉焊接栓钉 绑扎钢筋绑扎钢筋 STC浇筑、振捣浇筑、振捣 广东佛山佛陈大桥广东佛山佛陈大桥 正交异性轻型组合桥面新体系 35 2016/5/9 STC高温蒸汽养护高温蒸汽养护 养护结束养护结束 铺筑铺装层铺筑铺装层 2014年底竣工年底竣工 正交异性轻型组合桥面新体系 36 2016/5/9 广东佛山佛陈大桥广东佛山佛陈大桥 2 000 独塔斜拉桥，修建于独塔斜拉桥，修建于2002年

16、年 主跨为主跨为310m，钢箱梁桥，钢箱梁桥 2015年年7月月-8月，对钢桥面沥青铺装进行了翻修月，对钢桥面沥青铺装进行了翻修 天津海河大桥天津海河大桥 2016/5/9 37 正交异性轻型组合桥面新体系 翻修前桥翻修前桥 面系病害面系病害 桥面铺装网裂桥面铺装网裂 桥面桥面坑槽坑槽、开裂、开裂 U肋焊缝肋焊缝开裂开裂 顶板顶板开裂开裂 2016/5/9 38 正交异性轻型组合桥面新体系 天津海河大桥天津海河大桥 浇筑浇筑STC 钢筋网钢筋网 2016/5/9 39 正交异性轻型组合桥面新体系 天津海河大桥天津海河大桥 STC 蒸汽养护蒸汽养护 STC 未见开裂未见开裂 2016/5/9 40 正交异性轻型组合桥面新体系 天津海河大桥天津海河大桥 STC 加固竣工，重车交通量