超高性能纤维混凝土在路桥加固施工中的应用.pdf
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1、2023 年1 0 月超高性能纤维混凝土在路桥加固施工中的应用卜娜蕊刘睿赵慧斌江伟白润山(河北建筑工程学院,河北张家口0 7 50 0 0)摘要:当今社会,路桥是经济发展的命脉,但随着车辆数量的增加,对路桥产生了较高的应力,致使桥梁发生裂缝等风险的概率增加,影响了部分路桥的正常使用,若重新建设不仅建设周期长,而且建设成本高。超高性能纤维混凝土具有水胶比低、强度大、耐久性强、吸水率低、孔隙率低等优点,在路桥施工中应用超高性能纤维混凝土对路桥进行加固处理,能有效提高路桥的稳定性能。基于此,本文首先分析了钢纤维桥面段构造,然后介绍了超高性能纤维混凝土的选择与配比计算方法,最后阐述了超高性能纤维混凝土
2、在路桥加固施工中的应用,以供施工企业参考。关键词:超高性能纤维混凝土;钢纤维桥面;加固施工0引若在用的路桥达到或超过使用年限,就要及时进行维修或加固处理。对于中小跨径的桥梁,采取支梁结构转换加固法可以提高桥梁的稳定性与强度,但容易造成支座混凝土开裂,导致桥梁耐久性降低。随着科学技术的进步,科研人员研究的新型加固材料被用于路桥加固施工中,有效提高了路桥的安全性。超高性能纤维混凝土就是一种良好的路桥加固材料,它主要是在普通混凝土中添加适量的钢纤维来提高混凝土的抗剪、抗拉与抗冲击强度等,并且桥梁开裂后的韧性与抗疲劳等性能都能得到显著提升,被广泛应用于路桥加固施工中 。1钢纤维桥面段构造分析1.1奖梁
3、端桥面连续段构造桥面连续段由各类型的主梁构成,在上面铺设同类型主梁铺装层,使桥面形成连续构造,在桥台或过渡墩位置设置若干伸缩缝,来确保梁面平顺(见图1)。桥面连续构造在简支梁桥的变形部位,因受力复杂,在实际施工时桥面连续段构造易受到多方面因素的影响,导致桥梁在后续使用中因应力大而开裂,若不及时维修将破坏桥面铺装层,使桥梁损坏,影响正常运输和通行。以钢纤维作为桥面的加固材料,可以避免墩顶位置桥面铺装出现开裂,影响桥面通行。在图中,主梁与桥面上都铺设了塑料隔离薄膜,其中S是隔离长度,d是桥面铺设的钢纤维混凝土厚度,h是主梁高度。桥面连续段铺设了2 3 m的柔性材料将钢筋与混凝土隔离开来,主梁接缝处
4、的钢筋网作者简介:卜娜蕊(1 9 7 1 一),女,汉族,北京人,硕士研究生,教授。研究方向:建筑结构抗震、固体废弃物资源综合利用与绿色建材。绿色建材李章珍文章编号:2 0 9 5-4 0 8 5(2 0 2 3)1 0-0 0 7 1-0 3处保持连接状态,同时在混凝土表层铺设了相应厚度的沥青混凝土(磨耗层),目的是避免伸缩部位发生开裂造成混凝土面层发生开裂,该结构能有效提高桥面的抗变形程度,减少应力集中。因主梁二期铺装与汽车荷载力不能计算,所以要明确钢纤维混凝土加铺层的精确厚度与长度。L普通桥面铺装/m刷沥情,铺塑料薄膜预制染预制梁图1 销钢纤维桥面连续构造1.2林桥梁结构模型建立在道路桥
5、梁的结构设计中,常用MIDAS/Civil构建简支梁桥有限元模型,利用该软件提供的各类型的单元,能构建三维实体模型,在实际设计中要根据桥梁结构特点和计算量确定单元模拟,本文以SOLID45超导体单元模拟为例,桥梁的纵、横、竖向尺寸分别为0.2、0.1、0.1 m,将全桥划分成4 52 4 5个单元,共64325个节点,见图2。图2 简易梁结构网格SL局部加强钢筋71钢纤维混凝土绿色建材因钢纤维混凝土的铺装侧需要和主梁桥面板相隔离,所以选择受压弹簧单元模拟钢纤维混凝土层与主梁相链接的形式,其中单元体仅传递轴向压力,不会形成弯曲刚度,而连接点没有旋转自由度,所以选择刚性连接形式。1.3桥梁加载形式
6、依据钢纤维自适应力对桥梁实施混凝土加固工程,工程分三期,一、二、三期荷载,其中一期荷载是原T梁的自重荷载;二期荷载由T梁荷载、铺装层自重、防撞墙及灯饰护栏共同组成;三期荷载包括二期荷载与车辆荷载的总和,车辆荷载根据国家相关规定选择车辆荷载的标准值,所以一、二期荷载都是静荷载,三期荷载是动荷载。2超高性能纤维混凝土的选择2.1钢纤维的选择在建筑领域所用的超高性能纤维混凝土材料中,钢纤维是一种常见的材料,在路桥加固施工中应用广泛,并且加固效果良好 2 。钢纤维具有抗拉强度高(可达普通基材的三倍甚至更高)、杨氏模量高等优势。钢纤维包括多种类型,各类型都有其应用优势与劣势。例如,剪切钢纤维的性能较好,
7、将原料与混凝土混合再养护2 8 d后,各材料的物理性能显著改善,抗弯强度能提高4 5%。熔抽钢纤维经处理后各指标可提高1 5%2 5%;而其他类型的钢纤维和基材之间的粘结力则不强,不适用于路桥加固工程。因此在桥梁加固实践中一般会使用剪切钢纤维 3 。2.2钢纤维混凝土长径比设计评价钢纤维混凝土性能的指标较多,其中长径比的应用非常广泛,长径比对混凝土的性能有直接影响。研究表明,若钢纤维含量稳定,长径比越高则钢纤维力学强度越高,但若该指标处在较低状态时,就不能体现钢纤维的强度。其次,若钢纤维力学强度过高,在混凝土拌和时可能出现纤维结转等问题,导致钢纤维与混凝土不能均匀搅拌,不能充分发挥钢纤维的作用
8、“。2.3钢纤维添加量设计即使是同类钢纤维,用量不同也会引起混凝土性能的差异,因此在具体施工中要根据工程需要添加钢纤维。在配置混凝土时,钢纤维添加量与混凝土塌落度成反比,即前者添加量增加,后者明显降低,究其原因是在混凝土中添加钢纤维会增加混凝土混合物的表面积,增加与拌和水的接触面。并且,钢纤维间会72CREATELIVING产生架立作用,增大材料内部摩擦力,导致和易性降低,影响混凝土强度 5。若钢纤维添加量 0.5%,则不会改善混凝土性能,若钢纤维添加量超过3%,则混凝土和易性大大增强,因钢纤维成本较高,大量使用会明显提高施工成本,所以从成本、性能角度来说,使用钢纤维加固桥梁时,将用量控制在2
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