超高性能混凝土(UHPC)预制装配盖梁设计分析

第2期（总第203期）2019年4月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGＮｏ．２　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２０３）Ａｐｒ．　２０１９超高性能混凝土（ＵＨＰＣ）预制装配盖梁设计分析陈 卫 伟[上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125]随着预制拼装桥梁技术的不断推广与发展，桥墩和盖梁均采用预制拼装技术。

因此，盖梁自重过大造成运输及吊装困难的问题日益凸显。

超高性能混凝土（UHPC）是一种新型纤维增强水泥基复合材料。

与普通混凝土相比，UHPC 具有超高的抗压强度及较高的抗拉强度，且具有弹性模量高、徐变系数小、耐久性好等优点，有效降低结构自重恒载。

因此，在桥梁工程中有良好的应用前景[1-2]。

为解决盖梁自重过大的问题，本文提出预制装配盖梁采用超高性能混凝土（UHPC），以长沙市湘府路快速化改造工程为工程背景，提出UHPC 盖梁设计方案并分析其受力性能。

1 UHPC 盖梁设计方案UHPC 盖梁的外形尺寸见图1~图3，横桥向宽度24.6 m，根部高度2.1 m。

UHPC 盖梁采用六边形空心截面，顶板厚度为250 mm，底板标准厚度为250 mm，悬臂根部底板加厚段最厚为400 mm，腹板标准厚度为200 mm，悬臂根部腹板加厚段最厚为320 mm。

摘要：以长沙市湘府路快速化改造工程为背景，提出装配式盖梁采用超高性能混凝土（UHPC），并对UHPC 盖梁的受力性能进行分析。

同时，将UHPC 盖梁方案与预应力普通混凝土盖梁方案在材料用量、使用性能等方面进行对比分析。

分析结果表明：采用UHPC 盖梁在承载力极限状态及正常使用状态下受力性能良好；盖梁总质量大幅减小，便于盖梁构件运输及吊装施工；与普通预应力混凝土盖梁相比，UHPC 盖梁的混凝土及钢绞线材料用量均大幅减少，具有较好的经济效益。

关键词：超高性能混凝土（UHPC）；盖梁；受力性能中图分类号：U442.54 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2019）02-0043-03图1 湘府路工程标准盖梁 （m）图2 UHPC 盖梁立面图 （m）图3 UHPC 盖梁顶平面图 （m）结构配筋采用预应力钢束与普通钢筋混合配筋的形式，见图4~图5。

预应力钢束采用缓粘结预应力钢绞线，单根钢绞线直径为28.6 mm，共19根，张拉控制应力为1 209 MPa。

纵向受力普通钢筋采用HRB500，盖梁根部上缘配置57根HRB500钢筋，DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2019.02.012收稿日期：2018-12-06作者简介：陈卫伟（1989—），男，工程师，硕士，主要从事桥梁设计与研究工作。

下缘配置34根HRB500钢筋，直径为32 mm。

盖梁共2道腹板，每道腹板配置2道箍筋，箍筋采用HRB 400，直径为16 mm。

图4 盖梁钢束布置立面图（m）图5 盖梁根部位置钢束断面图（m）本设计方案参照瑞士规范《UHPFRC-construction material，dimensioning and application》，确定UHPC材料的力学性能，见表1。

表1 UHPC材料的力学性能表项目数值弹性模量E/kN·m-25×107容重/kN·m-327抗压强度设计值fUcd/MPa52.57弹性抗拉强度设计值fUted/MPa 4.31抗拉极限强度设计值fUtud/MPa 4.74抗拉极限应变值εu 1.0×10-32 UHPC盖梁承载能力分析采用MIDAS CIVIL建立盖梁计算模型，见图6。

对UHPC盖梁在承载能力极限状态下的抗弯、抗剪承载力能进行验算。

图6 盖梁MIDAS模型图盖梁所受主要恒载和活载由支座传递上部结构梁的荷载，荷载加载位置为上部结构支点位置，见图7。

盖梁荷载表见表2。

汽车荷载采用横向车道加载，单个车轮荷载441.5 kN，按6车道加载。

图7 上部结构支点位置示意图表2 盖梁荷载表 kN 工况支点1支点2支点3支点4支点5支点6一期恒载-714-714-714-714-714-714二期铺装-186-186-186-186-186-186护栏+声屏障-229-131-101-9400注：结构对称，支点7~支点11的荷载与支点5~支点1的荷载相同2.1 抗弯承载力根据有限元模型计算，得到承载能力极限状态下盖梁最不利截面的弯矩设计值。

参照瑞士规范规定，根据平截面假定及截面平衡方程计算最不利截面的抗弯承载力，见图8（h为截面高度，x为混凝土受压区高度）。

盖梁的抗弯承载力验算表见表3。

图8 盖梁截面抗弯承载力计算图表3 盖梁抗弯承载能力验算表荷载组合项目数值承载能力极限状态盖梁最不利截面弯矩设计值/ kN·m45 928盖梁最不利截面抗弯承载力/ kN·m48 389承载力与设计值的比值 1.054 2.2 抗剪承载力根据有限元模型计算，得到承载能力极限状态下盖梁最不利截面的最大剪力设计值。

盖梁共2道腹板，每道腹板配置2道箍筋，箍筋采用HRB400，直径为16 mm，按照四肢箍计算盖梁抗剪承载力。

参照瑞士规范规定，对盖梁的抗剪承载力进行验算，见式（1）~式（3）。

盖梁抗剪承载能力验算表见表4。

V RD =V RD ，U +V RD ，S （1）V RD ，U =b w ·z ·0.5（f uced +f ucud ）/tan α （2） V RD ，S =A sw /s ·z ·f sd ·(cot α+cot β)·sin α （3）式中：V RD 为抗剪承载力； V RD ，U 为UHPC 部分提供的抗剪承载力； V RD ，S 为箍筋部分提供的抗剪承载力； b w 为腹板宽度；z 为截面有效高度； f sd 为箍筋强度设计值； α为考虑压力场的倾斜角度，取30°； β为抗剪箍筋的倾角。

表4 盖梁抗剪承载能力验算表荷载组合项目数值承载能力极限状态最不利截面剪力设计值/ kN 9 551最不利截面抗剪承载力/ kN 10 883承载力与设计值的比值1.1393 UHPC 盖梁正常使用性能分析根据有限元模型计算结果进行分析，盖梁悬臂根部上缘受拉，UHPC 进入塑性工作状态，故考虑采用截面纤维单元模型计算盖梁最不利截面（悬臂根部）的最大拉应变。

按照截面构造配筋信息，采用UCFYBER 软件建立截面纤维单元模型见图9，UHPC 的材料性能本构关系见图10，计算得到盖梁最不利截面所受弯矩与截面顶缘UHPC 拉应变的关系见图11。

图9 盖梁悬臂根部截面纤维单元模型图U H P 应力/M P a403020100-10-20-30-40-50-60UHPC 应变ε0035 -0.00150.0005 0.0025（8.6E-05，4.3E+00）（1.5E-03，4.7E+00）（-1.1E-03，-5.3E+01）（-3.3E-03，-5.3E+01）图10 UHPC 材料应力-应变关系曲线图0 0.002 0.004 0.006盖梁顶缘应变ε60 00050 00040 00030 00020 00010 000盖梁截面弯矩M /k N ·m图11 盖梁悬臂根部截面弯矩-应变（M -ε）关系图分析弯矩-应变（M -ε）关系图，A 点处，盖梁截面弯矩达到6 400 kN·m 时，截面应变达到8.6×10-5，此时UHPC 达到最大弹性拉应变，钢筋仍处于弹性受拉状态；当弯矩继续增大，受拉区UHPC 进入塑性工作状态，截面刚度变小；B 点处，盖梁截面弯矩达到50 790 kN·m 时，截面应变达到2.0×10-3，此时UHPC 处于塑性工作状态，钢筋达到最大弹性拉应变；弯矩继续增大，UHPC 与钢筋均进入塑性工作状态，截面刚度剧烈下降，弯矩-应变曲线进入平台段。

由以上分析可知，不同弯矩作用下，盖梁UHPC 与受拉主筋处于不同应变状态。

根据MIDAS 模型计算得到频遇组合下盖梁最不利截面弯矩为21 489 kN·m，根据M -ε关系图计算得到盖梁上缘最大拉应变ε=6.3×10-4。

瑞士规范规定UHPC 拉应变限值εu =1.0×10-3。

因此，盖梁抗拉性能满足要求。

4 UHPC 盖梁与预应力普通混凝土盖梁比较分析湘府路工程实际采用预应力普通混凝土盖梁方案，现从材料用量、恒载和活载效应及正常使用状态结构性能等方面将UHPC 盖梁方案与预应力普通混凝土盖梁方案进行对比（见表5~表7），可得出以下结论。

1）UHPC 盖梁的混凝土用量比普通混凝土盖梁方案减少40%左右。

因此，盖梁自重大大减小，总质量在150 t 左右，便于预制盖梁的运输及吊装；同时，UHPC 较好的受拉性能，预应力钢束用量减少57%，预应力钢束部分的造价明显减小。

2）UHPC 盖梁的材料用量明显小于原普通混凝土盖梁方案。

因此，盖梁活载效应占盖梁总受力效应的比例明显上升，活载作用下盖梁挠度有所提（下转第49页）2019年第2期周平青：公共视频安全中联网和共享平台的技术要点7 功能应用延伸视频联网共享平台的建设，特别是联网共享后，在掌握已有社会信息资源规模上，有很大优势，可作为网络应用的基础平台。

通过整合相关机构化、非结构化数据，采用分布式、云存储、云计算等技术，应用于社会各个业务[1]。

平台结合地理信息系统，可通过GIS界面展现各种功能，包含运维管理、车辆查询、布控告警、轨迹查询、告警联动及预案执行等，通过技术业务的不断创新，形成不同事务的统计方法和执行预案，通过累计学习模式，打造视频联网共享平台为智慧城市平台的雏形。

8 结语视频监控联网系统建设遵循“以用促建，建为所用”的原则，将视频资源汇聚整合后最大程度地实现资源的共享共用。

同时，应建立健全的跨地区、跨部门视频图像信息共享应用机制、安全使用审核制度、授权管理机制及技术标准体系，加强部门协作和业务协同，保证公共安全视频图像资源在安全可控的前提下为各部门所用[2]。

目前，公安、交通、铁路、综治、城管、消防、环保、林业、安监、金融及食药等不同部门的视频监控资源建设在各自的视频专网内，以满足自身应用需求为主，造成信息资源的孤岛，无法形成视频资源的聚合之力。

需加快推进视频信息共享平台建设，分级有效地整合各类视频图像数据，促进平台互联互通，最大程度实现视频图像资源的联网共享，为公安、交通、铁路、综治、城管及消防等委办局的不同部门提供可视化的政务管理支撑。

同时，满足与视频图像信息共享的需求。

大规模视频监控联网系统的运行管理是视频监控发展过程中面临的新挑战。