LC40轻质混凝土桥面铺装在维修加固中的应用

2022-09-15贾荟

城市道桥与防洪 2022年8期

贾荟

（西宁城市建设开发有限责任公司，青海西宁 810001）

0 引言

随着现代建筑结构向大跨度、高层和超高层发展，为缩小结构截面、减轻结构自重、提高保温隔热等性能，对混凝土提出了轻质、高强和可持续发展等多方面的要求，高性能轻骨料混凝土因具备上述优点而成为仅次于普通混凝土用量的一种新型混凝土[1-2]。高性能轻骨料混凝土是指利用高强轻骨料配制而成的密度为1 600～1 950 kg/m3，具有高强度、高流动性和高耐久性等特点的结构用轻骨料混凝土[3-4]。高性能轻骨料混凝土不仅具有轻骨料混凝土的结构自重轻、保温和隔热等优点，而且还能满足普通骨料高性能混凝土的性能指标[5]。轻骨料混凝土高性能化的重要途径除了添加高效外加剂和矿物掺合料之外，在混凝土基体中掺加各类纤维也是提高轻骨料混凝土韧性和力学强度的有效途径。轻骨料混凝土的自重较同强度等级普通混凝土低20%以上，在桥梁加固拓宽工程中，轻骨料高强混凝土桥面铺装可在不影响桥梁主要承重体系、确保与普通混凝土强度等级相同的前提下，显著减小结构自重，降低桥梁恒载[6]。

1 研究背景

西宁市同仁路高架桥跨湟水河主桥，桥梁全长232 m，桥跨组合为66 m+100 m+66 m。桥面总宽25.5 m=0.5 m（防护栏）+12 m（行车道）+0.5 m（中央分隔墩）+12 m（行车道）+0.5 m（防护栏）。桥梁上部结构为现浇预应力混凝土变截面连续箱梁，单幅桥为单箱单室截面，支点处梁高5.4 m，跨中及边跨直线段处梁高2.3 m，箱梁高度从支点到跨中按2次抛物线变化。单幅桥箱梁顶板宽12.7 m，底板宽7.7 m，悬臂长2.5 m。顶板厚30 cm，底板厚28~80 cm，腹板厚45~60 cm。桥面横坡通过箱梁整体旋转形成。边跨1/3跨设置1道横隔板，中跨跨中及1/4跨分别设置1道横隔板。桥梁上部结构为满堂支架逐段现浇施工，梁体分段长度分别为3.5 m、4.5 m，边中跨合拢段长度为3 m。桥梁整体图见图1。

近年来，伴随着西宁市经济迅猛发展，市区机动车辆急剧增加，通过该桥的车辆日益增长，尤其是重载车辆的增加，造成了该桥出现了不同程度的病害，如上部结构的箱梁腹板、顶板、底板、横隔板出现不同程度的裂缝，中跨跨中位置出现下挠等。针对该桥目前出现的病害及其成因，为减小桥梁二期恒载，改善结构受力，对桥面铺装层进行新做。新做防水钢筋混凝土铺装层采用轻骨料混凝土LC40，其表观密度不大于1 900 kg/m3。铺装材料属性见表1；桥梁施工前后铺装层结构图见图2和图3。

图2 加固前桥面铺装层结构图

图3 加固后桥面铺装层结构图

表1 铺装材料性能表

2 有限元模型

本文采用Midas FEA有限元软件建立桥梁的上部结构进行研究，桥梁整体采用实体单元建模，如图4所示。桥梁跨中和支点截面图见图5和图6，桥梁的边界布置图见图7。

图4 桥梁有限元图

图5 桥梁跨中截面图（单位：cm）

图6 桥梁支点截面图（单位：cm）

图7 桥梁边界布置图

3 结果分析

轻骨料混凝土LC40相较于C40混凝土可减少约20%的自重。对采用轻骨料混凝土LC40和C40混凝土这2种铺装结构的桥梁整体挠度和应力进行对比分析，结果见图8、图9。

图8 跨中位移图

图9 跨中应力图

由图8可知，轻骨料混凝土结构的底板最大位移为0.025 6 m，相较于C40混凝土的最大位移0.028 8 m减少了0.003 2 m。由图9可知，轻骨料混凝土的纵桥向最大应力为2.135 MPa，相较于C40混凝土的纵桥向最大应力2.395 MPa减少了0.26 MPa；横桥向最大应力则由C40混凝土的0.367 MPa减小到了0.010 3 MPa。

2种铺装结构下，湟水河大桥的边跨顶板应力图、支点顶板应力图、跨中顶板应力图、边跨底板应力图、跨中底板应力图和支点底板应力图见图10~图15。