【超高性能混凝土在橋梁橋墩中的應(yīng)用研究開題報(bào)告3200字】

PAGE2超高性能混凝土在橋梁橋墩中的應(yīng)用研究開題報(bào)告一、選題依據(jù)十三五期間，我國橋梁建設(shè)事業(yè)取得飛速發(fā)展，橋梁數(shù)量超過任何一個(gè)國家。其中中小跨徑橋梁占比達(dá)90%以上，城鎮(zhèn)橋梁中這一比例更高。如何在城鎮(zhèn)這種人口密集和交通繁忙的地區(qū)高效、快速、綠色并且高質(zhì)量建設(shè)橋梁成為一個(gè)重要的問題。裝配化是橋梁工業(yè)化的主要特征，是城鎮(zhèn)橋梁實(shí)現(xiàn)高效、快速、綠色建設(shè)橋梁重要手段，也是“十三五”期間我國橋梁建設(shè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)與戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。國務(wù)院于2016年9月印發(fā)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，意見指出力爭(zhēng)在10年時(shí)間內(nèi)使我國裝配式建筑在新建建筑占比比例達(dá)到30%；交通運(yùn)輸部也于2016年7月印發(fā)《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》，意見指出大力推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工，提升橋梁工程的質(zhì)量品質(zhì)。目前，裝配式橋梁主要包括裝配式混凝土梁、裝配式鋼-混凝土組合梁以及裝配式鋼箱梁三大類型。大量的工程實(shí)踐表明，現(xiàn)有的裝配式橋梁存在節(jié)段吊裝重量過大，不利于現(xiàn)場(chǎng)裝配施工，以及梁體、上部結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)易開裂、破損、滲漏，耐久性較差，后期維護(hù)費(fèi)用較高等現(xiàn)實(shí)問題，裝配化水平有待進(jìn)一步提高。隨著對(duì)橋梁工程標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化以及裝配化的現(xiàn)實(shí)需求日益提升，目前現(xiàn)有裝配式橋梁存在的施工質(zhì)量不易控制、施工過程繁瑣以及橋梁耐久性差等諸多問題以不能滿足工程建設(shè)要求，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。在現(xiàn)有裝配式橋梁的基礎(chǔ)上，發(fā)展具有施工條件好、使用性能優(yōu)異、高耐久性的高性能裝配式橋梁結(jié)構(gòu)是重要的發(fā)展方向。UHPC超高性能混凝土以及FRP纖維增強(qiáng)聚合物材料等許多新型材料已在橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。如何在工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制裝配式橋梁中充分利用新材料性能是目前裝配式橋梁工程中的主要方向。二、文獻(xiàn)綜述超高性能混凝土（UHPC）以前被稱作活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC），由法國公司布依格最早研發(fā)，是一種具有超高性能的水泥基復(fù)合材料。RPC材料研發(fā)之處便申請(qǐng)了專利，具有一定的商業(yè)產(chǎn)品的特點(diǎn)。法國學(xué)者DeLarrard為了避免專利商業(yè)侵權(quán)，同時(shí)為了更好地研究和發(fā)展這種材料，在1994年，將這類新型材料稱作超高性能混凝土（UItra-HighPerformanceConcrete，UHPC）。UHPC材料具有優(yōu)秀的力學(xué)性能和良好的耐久性，自從其問世以來，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于公共建筑、海洋水利工程、大跨橋梁以及機(jī)場(chǎng)工程等領(lǐng)域。在橋梁工程領(lǐng)域，UHPC材料主要應(yīng)用于主梁、拱橋主拱、橋面板、橋梁接縫及橋梁加固等方面。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，包括法國、澳大利亞、日本、美國、瑞士、中國等國家在內(nèi)，已有超過400座橋梁采用了UHPC材料（見表1），其中超過200座采用UHPC材料作為橋梁的主要受力構(gòu)件。表1UHPC在橋梁工程中的應(yīng)用時(shí)間橋梁名稱國家結(jié)構(gòu)體系跨度（m）UHPC應(yīng)用位置1997SherhrookeFootbridge加拿大桁架橋60桁架弦桿、橋面板2002Sunyudo（Peace）Footbridge韓國中承式拱橋120主拱2007G?rtnerplatzFootbridge德國桁架橋36桁架弦桿、橋面板2010WildBridge奧地利上承式拱橋70箱形拱肋2014Batu6Bridge馬來西亞預(yù)應(yīng)力箱梁橋100預(yù)制節(jié)段箱梁2016長(zhǎng)沙北辰虹橋中國預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋36.8預(yù)制節(jié)段箱梁2020南京長(zhǎng)江五橋中國組合梁斜拉橋600組合梁橋面板目前UHPC材料已在橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用。值得注意的是，在表1所述的UHPC應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)的橋梁中，70%以上為預(yù)制結(jié)構(gòu)。UHPC適用于裝配式預(yù)制構(gòu)件主要的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：（1）橋梁上部結(jié)構(gòu)自重輕。UHPC材料具有超高的強(qiáng)度，材料的比強(qiáng)度接近鋼材。因此，在相同荷載作用下，UHPC橋梁可以大幅減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，橋梁的高跨比也得以降低。結(jié)構(gòu)尺寸的減小使得UHPC材料用量降低，與普通混土相比結(jié)構(gòu)自重得到了40%-60%減小，從而使得橋梁結(jié)構(gòu)輕型化，也給結(jié)構(gòu)的工廠化預(yù)制以及裝配化施工帶來方便。另外，上部結(jié)構(gòu)自重的減小，相應(yīng)的下部結(jié)構(gòu)橋墩、基礎(chǔ)受到的其傳遞的自重荷載也得以減小。因此下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求大為降低，施工成本以及橋梁總體造價(jià)都得到了很大程度的控制。（2）橋梁耐久性好，有利于裝配式制造施工。UHPC材料的密實(shí)度遠(yuǎn)高于普通混凝土，UHPC橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的耐久性和耐腐蝕性，用于預(yù)制裝配式橋梁中，避免了混凝土預(yù)制構(gòu)件上部結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)易開裂、破損、滲漏，耐久性較差等問題。UHPC自身材料具有抗壓性能高以及具有一定抗拉性能，這使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可減少或取消普通鋼筋，從而減少工藝環(huán)節(jié)，減少操作人員參與UHPC橋梁構(gòu)件制造過程，提高機(jī)械自動(dòng)化施工率，具備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模裝配制造的施工條件。中國城市橋梁建設(shè)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)重要過程。從1960年到1990年，城市橋梁建設(shè)處于早期階段。橋梁結(jié)構(gòu)主要為現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，輔以預(yù)制T梁和空心板，經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展緩慢。橋梁規(guī)模小，形式單一，主要要求是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，對(duì)橋梁景觀的要求不高。從1990年到2010年，我國城市橋梁建設(shè)處于中期階段，橋梁結(jié)構(gòu)主要由空心板、預(yù)制箱梁、節(jié)段預(yù)制拼裝箱梁以及組合梁橋組成。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的飛速發(fā)展，該階段有許多大規(guī)模系統(tǒng)橋梁工程。橋梁規(guī)模大，形式復(fù)雜多樣，對(duì)景觀的要求日益增高。從2011年至今，城市橋梁建設(shè)已進(jìn)入近期階段，橋梁結(jié)構(gòu)主要為全裝配結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，交通壓力逐漸增大，傳統(tǒng)建筑模式的弊端日益突出。在國家政策的指導(dǎo)下，倡導(dǎo)綠色發(fā)展，再加上新材料和新技術(shù)的引入，通過不斷的研發(fā)和工程實(shí)踐，預(yù)制橋梁得到了全面、快速的發(fā)展。裝配式橋梁根據(jù)構(gòu)件吊裝類型可以分為縱向劃分的節(jié)段拼裝橋梁、橫向劃分的分片整孔吊裝橋梁、縱橫向劃分的分塊吊裝橋梁、全截面預(yù)制制造的整孔\大節(jié)段吊裝橋梁四種形式。a)節(jié)段拼裝b)分片整孔吊裝c)分塊吊裝d)整孔\大節(jié)段吊裝圖1裝配式橋梁分類目前節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋以混凝土箱梁為主，UHPC材料在節(jié)段預(yù)制拼裝裝配式橋梁中應(yīng)用處于興起階段，對(duì)于UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋的設(shè)計(jì)還處在探索過程，見圖1-2。圖2節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋分類及架設(shè)工法三、方案論證本文計(jì)劃采用文獻(xiàn)研究法和實(shí)例研究法展開《UHPC在預(yù)制裝配式橋梁橋墩中的應(yīng)用研究》論文工作。UHPC材料作為新型材料在裝配式橋梁發(fā)展中的應(yīng)用處于起步階段，UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋也是近幾年逐漸興起。作為有望給傳統(tǒng)裝配式橋梁技術(shù)帶來革命性變化的橋梁形式，關(guān)于UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋甚至是UHPC梁橋相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是少之又少。文獻(xiàn)資料的梳理為本研究明確UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋的總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)，研究UHPC梁橋截面尺寸擬定、節(jié)段劃分、預(yù)應(yīng)力體系選擇以及整體受力特點(diǎn)等諸多問題提供了參照，為研究路線的設(shè)計(jì)與研究方法的選擇提供了依據(jù)。從已建的UHPC橋梁中可以看出，UHPC梁橋適用跨徑范圍較大，在30-100m不等，不僅適用于中小跨徑橋梁，在100m左右的大跨徑橋梁中也得到廣泛應(yīng)用。普通混凝土節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋在我國工程建設(shè)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)資料以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累較多，UHPC材料和普通混凝土之間具有很多的相似性，因此，在UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋設(shè)計(jì)資料比較缺乏的情況下，參考普通混凝土節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋的截面尺寸擬定與節(jié)段劃分方法也是大有裨益的。與此同時(shí)類比UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋與普通混凝土節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)的不同，找出符合UHPC材料特點(diǎn)的參數(shù)取值。同時(shí)本文研究的UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋選擇的材料為UHPCR120，以50m標(biāo)準(zhǔn)跨徑為例，對(duì)UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋最重要的兩個(gè)局部構(gòu)造體外預(yù)應(yīng)力特殊構(gòu)造和預(yù)制節(jié)段連接方式進(jìn)行研究，可以為UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和工業(yè)化生產(chǎn)起到一定的借鑒意義。四、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容裝配化是橋梁工業(yè)化的主要特征。目前我國城鎮(zhèn)裝配式橋梁以混凝土梁橋?yàn)橹?。大量的工程?shí)踐表明，混凝土裝配式橋梁存在吊裝重量大和連接點(diǎn)易開裂等耐久性問題。如何在城鎮(zhèn)全預(yù)制裝配式橋梁中充分利用UHPC等新型材料性能，提高橋梁整體質(zhì)量及耐久性是裝配式橋梁主要的發(fā)展方向。面對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化、裝配化的需求，以UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行研究。主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：（1）通過調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)UHPC節(jié)段預(yù)制拼裝梁橋結(jié)構(gòu)體系、適用跨徑、結(jié)構(gòu)尺寸擬定、節(jié)段劃分、預(yù)應(yīng)力體系以及整體受力性能進(jìn)行研究。（2）以