超高性能混凝土(UHPC)在钢桥面铺装的应用与分析 宫本海峡
摘要：我国已建成的多座大跨径正交异性钢桥面桥梁多采用柔性铺装方式，容易出现钢结构疲劳开裂和铺装层开裂、拥包、脱层等病害，严重影响桥梁的通行能力及结构安全。随着新材料、新工艺的发展，超高性能混凝土(UHPC)得到推广与应用。通过对某在建 UHPC 组合桥面钢箱梁结构的有限元分析，进一步论述 UHPC 在钢桥面铺装中应用的优越性，研究结果可为其他工程应用提供参考。 关键词：正交异性钢桥面板；钢桥面铺装；柔性铺装；超高性能混凝土(UHPC)；有限元分析 引言 近年来，我国已建成的多座采用柔性铺装方案（SMA、浇筑式沥青以及环氧铺装）的大跨径正交异性钢桥面桥梁，除少数桥梁桥面铺装的运营状况良好以外，大部分桥梁的桥面铺装层都陆续出现钢结构疲劳开裂和铺装层开裂、拥包、脱层等病害，严重影响桥梁的通行能力及结构安全。随着新材料、新工艺的不断发展，混凝土强度等级也不断提高，超高性能混凝土(UHPC)以其超高的力学性能、超高耐久性、优良的耐磨和抗爆性能以及抗冲击性能等特点，在越来越多的桥梁工程中得到应用。通过对某在建 UHPC 组合桥面钢箱梁结构的力学分析，进一步论述 UHPC 在钢桥面铺装中应用的优越性，研究结果可为其他工程应用提供参考。
1 工程概况
以一座在建跨江桥梁为工程背景，桥跨布置为 70+97+70=237m，上部结构采用超高强度混凝土组合桥面板钢箱梁结构。桥梁全宽为 33.5m（含中央分隔带），钢箱梁为单箱单室截面，梁高 3.6m。钢箱梁单幅梁宽 16.73m，箱体宽度 7.5m。各梁段顶板厚度均为 14mm，顶板采用 U 肋加劲，厚度均为 8mm。底板在顺桥向不同区段采用了 20mm、25mm、30mm 三种不同的板厚，为便于施工，底板下缘保持平齐。桥面铺装层采用 6.0cm 厚超高性能混凝土（UHPC）+防水层+4.0cm 沥青混凝土铺装。箱梁标准横断面布置如图 1 所示：
图 1 标准横断面布置图（单位：mm）
2 模型有限元分析
基于 ANSYS 软件平台建立典型梁段（墩顶梁段）有限元模型，钢箱部分单元类型采用 SHELL63 模拟，桥面超高性能混凝土部分单元类型采用 SOLID45 模拟。总体坐标系方
向定义为：纵桥向为 X 轴，竖向为 Y 轴，横桥向为 Z 轴。边界条件为梁段两端采用固定约束，约束所有节点的位移和转动。分析模型考虑的荷载主要有恒载、活载以及温度荷载。
图 2 ANSYS 几何模型
为便于分析比较 UHPC 对钢箱梁各部位受力状况的作用效果，分别对采用普通柔性铺装方案（不考虑其对钢箱梁刚度的影响，仅以二期荷载方式作用于钢箱梁）以及采用 UHPC 铺装方案的钢箱梁顶板、底板、腹板、顶板加劲肋等主要构件进行 ANSYS 有限元分析。考虑不同荷载工况组合，钢箱梁主要受力构件在采用普通柔性铺装方案及采用 UHPC 铺装方案作用下，Von Mises 应力对比如表 2 所示。马甲文化
表 2 钢箱梁主要构件受力分析
通过表 2 可以看出，相对传统柔性铺装方案，采用 UHPC 铺装可以明显改善钢箱梁顶板及顶板加劲肋的受力情况，Von Mises 应力减幅超过 30%，对其他部位应力改善效果并不明显。
3 结论
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随着新材料、新工艺的快速发展，混凝土强度越来越高，继高强、高性能混凝土之后，超高性能混凝土(UHPC)应运而生。UHPC 以其优异的力学性能、超高耐久性、优良的耐磨和抗爆性能以及抗冲击性能等特点，在桥梁工程中得到越来越多的应用。本文通过对某在建 UHPC 组合桥面钢箱梁结构的 ANSYS 有限元分析，比较采用传统柔性铺装方案及采用 UHPC 铺装方案钢箱梁各主要受力构件的应力状况，进一步论证了 UHPC 在钢桥面铺装中应用的优越性。分析结果表明，UHPC 较传统柔性铺装方案，对改善正交异性钢桥面顶板及顶板加劲肋受力情况效果明显，Von Mises 应力减幅超过 30%，研究结果可为其他工程应用提供参考。
参考文献
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