高效混凝土在桥梁工程中的应用（一）

本文论述了高效混凝土的一般概念、特点、应用及国内外发展现状。最后，从结构和成本的角度，讨论了使用高效混凝土的限制条件和如何使高效混凝土更有效地应用于桥梁结构的一些方法。
关键词:高效混凝土、应用与发展、桥梁工程
一、高效混凝土
高效混凝土(HPC)是一种高质量、高耐久性的混凝土，它具有四个特点，即
①高强度。15mm立方体的标准强度值高于60MPa；
②高耐久性。致密性好，抗渗性好，抗碳化和抗腐蚀能力强，使用寿命长于设计基准期；
②体积稳定性高。混凝土的徐变变形和收缩变形小；
③高工艺性。一般来说，高性能混凝土是能够更好地满足结构功能和施工工艺要求，从而延长混凝土结构使用寿命，降低工程造价的混凝土。
二。高效混凝土的应用与发展
多年来，预应力混凝土桥梁领域一直使用40 ~ 50MPa的混凝土，但实际使用中，28天的实际强度往往超过50MPa。由于高效混凝土具有更高的强度、更高的弹性模量、更高的抗拉强度、更小的徐变和更好的耐久性，与普通混凝土梁相比，高强混凝土梁具有更小的初始挠度、更高的发热量、更小的拱度变化和更长的使用寿命。近年来，世界各国对高效混凝土表现出极大的兴趣，并开始将其应用于桥梁实践。
高效混凝土在国际上应用于桥梁已近十年。典型的工程实例有挪威220m跨度的Bφ DO连续刚构桥和丹麦大贝尔特桥。索塔、预应力主梁和预应力隧道节段均采用强度为50 ~ 60 N/mm2的高强混凝土；加拿大已有100多座桥梁采用了高效混凝土。比如连接爱德华王子岛和新布兰兹威克的诺森伯兰海峡跨海大桥，全长8英里，采用55N//mm2高强混凝土，主跨250m。
1993年，美国公路管理局开始了高效预应力混凝土桥梁的研究工作。德克萨斯州的SanAngelo桥是研究项目之一。本桥的特别之处在于，东、西两侧分别采用了强度为70 ~ 100N/mm2的高效混凝土梁和强度为35 ~ 40N/mm2的常规混凝土梁，以便比较不同混凝土的造价。相比之下，对于跨度为37m的常规混凝土梁，使用高效混凝土时跨度可达44m。
由于高效混凝土强度高，在跨度不变的情况下，可通过超前增大跨度或采用较小的梁高。另外，高效混凝土抗渗性强，所以氯离子渗透可以减少一半，从而提高结构的耐久性。在桥梁结构中使用高效混凝土效果明显。
联邦公路管理局(FHWA)优化了常用预应力混凝土梁的设计。基于对用户利益的分析，提出了T梁作为预应力梁的国家标准。
第一部分适用于跨度小于27.4米的梁，这类梁的控制条件是预应力阶段的初始预应力。由于预应力阶段的恒载作用时间较长，所以该跨采用高拱混凝土没有实际意义。第二部分讨论了跨度27.4～30.5m，混凝土强度41～55 MPa，跨度27.4～33.5m，混凝土强度≥55MPa的情况。由于采用高强度混凝土，梁间距可以加大。在这个范围内，增加梁间距带来的节约和增加单位甲板成本之间存在一个平衡点。第三部分为跨度大于30.5米，混凝土强度为41 ~ 55兆帕，跨度大于33.5米，混凝土强度大于55兆帕的情况。该范围代表了分析截面的高强度混凝土的益处。
①随着梁混凝土强度的增加，成本曲线右移。这意味着在不增加单位成本的情况下，梁的跨度增加；
②当梁混凝土强度超过69MPa时，效益下降。当高强混凝土用于较小跨度时，没有明显的效益。
目前，高效混凝土有了新的发展。强度为120 N/mm2的混凝土用于人行桥，不需要机械振动。在加拿大，用强度为200牛顿/平方毫米的纤维增强混凝土建造了一座人行桥。
在我国，近五年来，高效混凝土(≥C60等级)在桥梁工程中得到了广泛应用。长江、黄河上的一些公路桥已成功采用60号混凝土。高效混凝土的科学研究取得了可喜的成果。例如，河南省焦作公路局和海威工程咨询有限公司对高效预应力高强混凝土在桥梁工程中的应用进行了深入研究。
与普通PC 空核心板相比，高性能混凝土空核心板可节省35%以上的混凝土和15%的钢铰线。在16 ~ 30m的跨度内，材料成本可节省20%。因此，对于公路桥梁工程中广泛使用的空核心板，采用高性能混凝土井进行优化设计，其经济效益十分可观。