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案例分析
超高性能混凝土节段桥梁技术：实现可持续桥梁建设
叶磊Voo1; 福斯特 和陈昌Voo3
摘要：本文介绍了马来西亚超高性能混凝土（UHPC）桥梁建设的现状。自2006年以来，杜拉科技（DT）通过其可持续桥梁建设计划，率先研究了UHPC在桥梁施工中的最佳用途。经过几年的研究和开发工作，DT与马来西亚工程部合作，在一些桥梁项目中设计和建造桥梁，特别是农村发展计划中的桥梁，在使用常规方法时，材料采购，现场访问和施工方法是主要挑战。介绍马来西亚完成和正在进行的UHPC桥梁项目的最新信息和细节。迄今为止，已经建成并开通了26个超高压桥梁项目。在本文中，从设计方面，质量控制，可构建性以及UHPC如何帮助桥梁更实惠，可持续，更易于构建和经济性的角度，对选定的UHPC桥梁案例进行了研究。 DOI：10.1061 /（ASCE）BE.1943-5592.0000704。 copy;2014美国土木工程师学会。
作者关键词：超高性能;韧性; 纤维;节段; 桥;可持续发展。
介绍
超高性能混凝土（UHPC）是一种先进的水泥基复合材料，为城市和郊区和农村地区当前或将来的基础设施发展提供了新机遇。目前形式的UHPC已经在许多国家，例如澳大利亚和新西兰（Rebentrost和Wight 2011），奥地利（Freytag等人2012），加拿大（Blais and Couture 1999），德国（Schmidt 2012），意大利（Meda和Rosati 2003），日本[日本土木工程师协会（JSCE）2006]，马来西亚（Voo等人2011），荷兰（KaptijnandBlom2004），斯洛维尼亚（Sajnaetal。2012），韩国（Ricciotti 2002），美国国家（Graybeal 2011）等国家。一份完整的文献调查已经证实100多个完成的桥梁（行人和高速公路桥梁）在一个或多个组件上使用了UHPC。个人和政府机构正在引导越来越多的关注和主动性开发UHPC作为未来的建筑材料，相信UHPC技术将采用完整的可持续建筑解决方案（Ngetal。2012; Voo和Foster 2010）。
厨师执行官兼导演Dura Technology，Lot 304993，Jalan Chepor 11/8，Pusat Seramik Fasa 2，Ulu Chepor，31200，Chemor，Perak，Malaysia; 土木工程系兼职教授 马来西亚普特马（UPM），马来西亚43400，Serdang（相应的作者）。
电子邮件：vooyenlei@dura.com.my
土木与环境工程学院院长，大学教授。 澳大利亚新南威尔斯州悉尼，澳大利亚2052年。
电子信箱：s.foster@unsw.edu.au 3
项目经理，Dura Technology，Lot 304993，Jalan Chepor 11/8，
Pusat Seramik Fasa 2，Ulu Chepor，31200，Chemor，Perak，Malaysia。
电邮：gregoryvoo@dura.com.my
注意。 本手稿于2014年1月10日提交; 2014年9月9日批准; 在2014年10月3日在线发布。讨论期至2015年3月3日。 个别论文必须单独进行讨论。 本文是桥梁工程学报的一部分，copy;ASCE，ISSN 1084-0702 / B5014001（12）/ $ 25.00。
在德国，主要举措之一是德国研究基金会资助的1200万欧元研究计划，并于2005年颁发，其中涉及德国20多个研究机构的34个研究项目（Schmidt 2012）。该计划的目的是扩大基础知识，从而制定可靠的技术标准。目标是使UHPC成为可靠，通常可用，经济可行且定期应用的材料。使用UHPC的主要研究计划的另一个例子是韩国建筑技术研究所（KICT），自2007年以来一直在研究在斜拉桥使用UHPC的超级200计划1100万美元（Kim等人2012） 。
据悉，美国联邦公路管理局（FHWA）于2001年开始调查UHPC的使用情况，其中第一个结构是2006年在爱荷华州建成的33米Mars山路桥（Graybeal，2011）。弗吉尼亚州的Cat Point桥和爱荷华州的Jakway公园大桥，都在2008年）;然而，该技术主要用作由常规技术构成的相邻预制桁架或甲板面板之间的接合材料。
使用UHPC施工的第一个结构是跨越加拿大魁北克省省份的Magog河的60米单跨雪布鲁克步行桥（Lachemi等1998）。 作为桁架顶部和弦的走道甲板由3.3米宽30mm厚的UHPC板组成。网状构件是将UHPC放置在薄壁不锈钢管中的复合设计。该结构的成功揭示了混凝土结构的设计方法。
采用UHPC技术的第一大结构是行人天桥。 2002年4月，南韩首尔的Seonyu行人天桥（Peacebridge）是用UHPC（Behloul和Lee 2003）建造的。结构将首尔市连接到汉江的Seonyu岛。由布依格斯建筑公司建造，桥梁由120米跨度的拱形构成，支撑30毫米厚的UHPC甲板。该结构仅需要与传统混凝土结构一起使用的材料量的一半，但具有相同的承载力和强度性能。大约在同一时间建造Seonyu大桥是位于日本本州岛西北部的坂田（Sakata-Mirai行人天桥）建造的50米长的行人天桥（Tanaka等，2011）。事实上，日本人是第一个应用UHPC在分段行人天桥的设计和建造中的例子，其他例子包括36.4米跨度的Akakura温泉Yukemuri桥（2004年完成），64.5米跨度的Hikita人行桥（已完成在2007年），81.2米跨度的Mikaneike人行桥（2007年完成）以及其他许多人（Tanaka et al。2011; Mushaetal。2013）。在法国，构建了SeonyuandSakataMirai行人天桥，用于行人交通的UHPC桥梁的建设，新西兰，西班牙，德国等地（Toutlemonde和Resplendino 2011）。
使用UHPC技术建设的第一条公路桥梁于2005年出现，同时建成了四座桥梁。 其中一个是位于澳大利亚悉尼以北150公里的16米跨度，21米宽的牧羊人沟槽桥，由VSL建造; 它是一个预制的，预张紧的I桥梁（Foster 2009; Rebentrost和Wight 2011）。 2005年在法国建成了两座桥梁：（1）A51（PS34）高速公路的n34立交桥，（2）圣皮埃尔·拉库克大桥（Resplendino 2008）。 PS34桥梁采用单跨，47.4米长的预应力节段箱梁结构，配有22个超高压箱段，圣皮埃尔·拉古桥是预制的预应力I型钢结构复合板。 四个中的最后一个是日本的16.6米Horikoshi C-ramp桥（Tanaka等人，2011）。 在所有情况下，桁材没有任何常规的剪切或破裂应力增强，但是用钢筋纵向加固。
2007年，与台大公司的东京单轨铁路公司搭建了一条长达40米的超高压单轨大梁（Tanaka et al 2011）。 大梁以三段构造，并通过湿接头和干接头的组合在现场连接在一起。 据报道，单轨大梁是建造时间最长的UHPC简支桥梁。
2008年，建成了世界首个分段超高压复合甲板路桥; 在东京国际机场项目延伸的南北北围连接的道路上建成了一个单跨46.0米的地面支援设备（GSE）桥梁。 当时，路桥是世界上最大的超高压公路桥梁（Tanaka et al。2011）。
这种技术的意义不仅在于具体优势的巨大增强，导致轻质结构和材料效率更高，而且还通过低碳足迹对UHPC对可持续发展的贡献（Voo和Foster 2010）。本文介绍了这一方面，并提出了一个例子。
自2006年以来，马来西亚的杜拉科技（DT）通过其可持续桥梁建设计划，率先研究了UHPCin桥梁建设的最佳用途。经过几年的研究与开发，DT一直与马来西亚工程部合作，在一些桥梁项目中设计和建造桥梁，特别是农村发展计划下的桥梁，其中采购材料，场地访问和施工方法是主要的使用常规方法时的挑战。总共有36座桥梁已经由DT使用UHPC技术建成或正在建设中。在这些桥梁中，26个是节段结构，10个是预应力梁，跨度小于22米。表1列出了DT在马来西亚涉及的26个已完成和正在进行的分段桥梁项目的清单。
图1显示了马来西亚采用的两种分段桥梁施工示例：（1）具有复合甲板的UHPC U型梁，（2）缝合T型梁结构。在26个UHPC分段桥梁项目中，已完成20座桥梁，开通交通;六个将于2014年完成。
2011年1月竣工后，50米长的甘肃 - 万寿桥是世界上最长的复合箱甲板桥，其主梁由高压高压堆高层建成（Voo等，2011）。从那时起，类似的建筑技术用于51.6米跨度的Rantau-Siliau和52米的双溪 - 阿拉桥（两者都在2013年完成）。这些将在2014年11月完成后，超过100米跨度的峇峇桥梁。
在本文中，选择的UHPC桥梁项目，三跨双溪Nerok桥梁（表1中的第13号）以其设计方面，质量控制和可构造性进行描述;该文件还解释了UHPC桥梁如何更经济，可持续和更容易在较不易获取的地区建设。在许多情况下，UHPC桥梁建设能够实现以下优点：（1）即时和生命周期成本节约; （2）结构设计/使用寿命的提高; （3）由于其高耐久性，UHPC部件维护不力; （4）整体施工时间和风险降低; （5）减少原材料消耗，从而代表更环保的选择; （6）较轻的上部结构自重，允许较轻/较小的子结构/基座; （7）减少人力和较小的机械设备; （8）质量优于现场湿法和预制高性能混凝土结构; （9）由于短期临时工作对施工现场的环境影响较小。
UHPC
在表1中给出的所有桥梁梁中使用的钢纤维增强UHPC是由DT提供的150级延性混凝土。用于生产UHPC的材料包括：I型普通硅酸盐水泥;含有超过92％的二氧化硅（SiO 2），表面细度为23,700m2 = kg的致密硅粉;并经过洗净的细砂，粒度范围在100至1,000mm之间。使用的超增塑剂是基于聚羧酸醚（PCE）的超增塑剂。使用两种类型的钢纤维;均由2500MPa高碳钢丝制成。 1型钢纤维为直型（SS），供给尺寸为20mm，直径0.2mm。 2号钢纤维是端钩（EH），尺寸为25mm长，直径0.3mm。每种纤维类型的百分之一用于总共2体积％。 UHPC规格的基准值由DT设定，DT为平均28天立方体抗压强度，28天弯曲强度分别为150MPa和20MPa。
剪力键
节段桥梁的强度和适用性很大程度上取决于其关节的性能。早期的节段桥通常在网段中采用单个键，并且通常加强它们。然而，当代的做法是使用多个未强制分布的方法来进行连接（Zhou et al。，2005）。 Li等人对实践和测试文献进行了回顾。 （2013a，b），Saibabu et al。 （2013年）和Buyukozturk等人（1990）。虽然已经进行了相当大的测试来研究具有外部筋和干关节的常规预制节段甲板的行为，但是没有对UHPCjoint的剪切连接进行研究。在50m跨度的KampungLinsumbridge（表1中的No.1）可以通过马来西亚公共工程部门，需要对具有几何形状的全尺寸关键模型进行实验研究，该几何形状与实际桥梁梁段的关键关节相似。六个干键接头由UHPC制造并进行了测试;实验参数是剪切键的数量和约束应力。
（a-d）51.6米跨度的Rantau-Siliau桥，具有复合常规强度混凝土甲板的U型UHPC大梁; （e和f）30米跨度Ulu Chemor桥，缝合T型梁结构。
首先倾倒母头标本，所有试样垂直铸钢成型，并用振动台压实。 在铸件的30分钟内，用固化化合物喷涂样品和测试对照样品的暴露表面。 24小时后，使用与雌性元素类似的方法将公头与母头进行匹配。 从母头的浇铸中剥离完整的试样3天，然后将剪切试样和对照试样在热水罐中在90℃下固化48小时。 5天之后，将所有标本从热水罐中取出，空气固化直到试验当天。
标本实验设置和测试程序
剪切连接试验采用推进式设置装置进行，类似于Buyukozturk等人使用的。 （1990），其测试设置用于在平面上应用可忽略的时刻。试样的详细情况和试验方案如图1所示。标本被指定为SKNk-sn。例如，试样SK5-10表示样品有五个剪切键，施加的围压为10MPa。所有样品均为200毫米厚。通过刚性钢框架将约束应力施加到接头表面，并使用负载
15.2毫米直径的预应力绞线。施加两个围压（10和20MPa）。对于具有10MPa约束的试样，使用总共8根绞线，每根绳使用液压单颚将其强度为200kN，然后锚定。类似地，在20MPa的约束应力下使用16根股线。每股绞合至少三次以最小化应力损失。
将每个样品装载在剪切平面的中心线（图2），并使用LVDT测量。通过由50mm厚的高强度钢板夹持的硬质橡胶层将载荷施加到承载支承件上。每一半的样品在其装载头处以50mm的间隙分开，使得所施加的力仅通过键的线剪切来抵抗。
材料和几何属性
混凝土的平均抗压强度（fcm）由六个150mm高times;75mm直径的圆柱体确定，其端部平坦;结果列在表2中。由六个200米高至100毫米直径圆筒的平均值确定的弹性模量为Ec 546GPa。材料的弯曲拉伸性能是根据RILEM TC 162-TDF（RILEM 2002）的建议进行的三点挠曲试验确定的。测量残余弯曲拉伸强度的两个代表值，分别为fR，d50：47mm和fR，d52：07mm，分别对应于在跨距位移测量的强度分别为0.47和2.07mm。断裂模量由三个100mm方形棱镜测试得到，其中切口深度为30mm，测定为fcf 535MPa;剩余拉伸强度分别为fR，d50：47mm，529MPa，fR，d52：07mm，531MPa。
根据JSC
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