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活性粉末混凝土桥梁应用 与研究 杜任远 ， 黄卿维 ， 陈宝春 6 9 活性粉末混凝土桥梁应用与研究 杜任 远 ， 黄卿 维 。 ， 陈 宝春 ( 1 福 州大 学土 木工 程 学院 ， 福建 福 州 3 5 0 1 0 8 ； 2 武汉理 工 大学 材料科 学 与工 程学 院 ， 湖 北 武 汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 活性粉末混凝土 ( R P C) 是一种超高抗压强度 和超高性 能的新型水 泥基复合 材料 ， 已在世界 桥梁工程 中得到一定 的应用 ， 介绍 已修建 的 R P C桥梁 和已开展的试设计研究现状 。 目前 的应用 与研究分析 表明 ： R P C在桥 梁 中的应用 以拱 桥和梁桥为主 ； 截 面形式 以箱形截面为主 ； 施 工方法主要采用体 内或体外预应 力索进行 预制拼装 ； 接缝形式 以湿接 缝为主 。预计在将来相 当长 的时间内， R P C将 仍以上述 的桥型 、 截面形式和施工方法继续发展 。 关键词 ：桥 梁； 活性粉末混凝土 ； 工程应用 ； 发展趋 势 中图分 类号 ： U4 4 5 5 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 O 1 3 ) 0 1 0 0 6 9 0 6 1 概 述 桥梁技术 的进 步是与材料技术 的进 步分不开 的 。随着 木 、 石 、 藤 等 天 然 材 料 及 铁 、 钢 、 钢 筋 混 凝 土 、 预应 力混凝 土 材料 在桥 梁 中的应 用 ， 桥型不 断 丰 富 、 跨 径 也不 断突 破 。 活性 粉末 混凝 土 ( R P C ) 是一 种超 高抗 压强 度 和 超高性能的水泥基复合材料 。自 1 9 9 3年出现后 ， 便 引起 了桥梁 界 极 大 兴趣 与 高 度 重视 。加 拿 大 于 1 9 9 7年建成 了第 l座 R P C人 行 天 桥 ， 此后 R P C桥 的工程实例不断增多。然而 ， 这些桥梁 的规模一般 不大 ， 应用 还不 普 及 。我 国 目前 以试 设计 为 主 ， 实 际 工 程应 用 还很 少 。为促 进 R P C在 我 国桥 梁 中 的应 用 ， 本 文对 国内 、 外 RP C桥 梁 应用情 况 进行 综述 。 2 R P C物 理 力学性 能及 应用 价值 RP C主 要 由水 泥 、 硅 灰 、 石 英 砂 ( 粉 ) 和 高效 减 水剂等材料配制而成 。由于没有粗骨料 ， 且 采用 了 低水灰 比、 加压加热等措施 ， 使得水泥基体界面性能 得到改善 ， 水泥基的反应程度增大， 从而制备出具有 超高强 、 高韧性和低渗透率的新型水泥基材料n 。 根 据 R P C 的组 分 、 养 护 方 法 和 成 型 工 艺 的不 同 ， 可按 抗 压 强 度 分 为 RP C 2 0 0和 RP C 8 0 0 。研 究 表明 ， RP C 2 0 0的抗压强度可 以达到高性能混凝土 ( 6 0 MP a ) 的 3 倍 ， 而 R P C 8 0 0则可达到 1 2倍 ； R P C 掺入微细钢纤维可使其韧性获得大 幅提高 ， 其抗折 强度最高可达 1 4 1 MP a ， 是高性能混凝 土的 1 4倍 ； 同时， RP C的孔径分 布为纳米级 ， 拥有极 低 的渗透 性、 极高的抗环境介质侵蚀能力和 良好的耐磨性能。 3 R P C桥 梁 的工程应 用 实例 国外 R P C桥 梁 的应 用 实 例 如 表 1所 示 。 国 内仅 见应 用 于迁 曹铁路 滦柏 干渠 大桥 工程 预应力 简支 T梁l 7 。本文介绍几座有代表性的 R P G桥梁 。 3 1 加拿大舍布鲁克人行桥 舍布鲁克人行桥l_ 8 建于 1 9 9 7年 ， 是世界上首座 R P C桥梁 ， 如图 1 所示 。桥梁采用空问预应力桁架 简支梁结构体系， 跨度为 6 0 m， 分成 6个预制节段 ， 每 段长 1 0 m。上 弦杆 包括 桥 面板 、 横 向加劲 肋 和 纵 向加劲 肋 ， 均 由 R P C制 成 。桁架 腹杆 为 1 5 0 mm 2 mm 的不锈 钢管 ， 管 内填充 R P C。 3 2 韩 国仙 游 人行拱 桥 仙游人行拱桥 。 。 于 2 0 0 2 年建成， 是世界上第 1 座 、 也 是 迄 今跨 径 最 大 的 RP C拱桥 ( 见 图 2 ) 。主 拱跨 径 1 2 0 m， 采 用 丌形 截 面 ， 高 1 3 0 c m， 宽 4 3 0 c m， 顶板厚 3 c m， 每隔 1 2 2 5 c m设置高 1 0 c m 的横 向加劲肋 ， 两端设置纵向加劲肋。横 向加劲肋和腹 板内均布置预应力筋 ； 为浇筑混凝土时固定模板 ， 腹 板 中底部 布 置 了临 时预应力 筋 管道 。 主拱 圈分 6个节段预制 ， 通过预应力索张拉拼 装 而成 。预 制 节 段在 3 5温 度 下 养护 4 8 h后 ， 再 进行 9 O蒸汽养护 4 8 h 。主拱圈拼接时， 半跨拱的 3个 节 段 由浮式 起 重 机 安 装 在 临 时墩 上 ， 并 现浇 节 段间的湿接缝 。拱 圈合龙前 ， 放置预制的拱 顶合龙 块( 长 0 5 m) ， 现浇合龙块与半拱肋间的缝隙。 3 3 日本酒 田未来步行桥和 G S E公路桥 酒 田未来步行桥 是 日本首座R P C 桥梁 ， 为 收稿 日期： 2 0 1 2 0 7 1 1 基 金项 目： 科 技部 国际科技 合作项 目( 2 0 0 9 DF A7 2 2 2 0 ) ； 福建省发改委项 目( 2 0 1 0 2 9 9号文) 作者简 介： 杜任远 ( 1 9 8 4 一) ， 男， 博 士研 究生， 2 0 0 5 年 毕业 于华 东交通 大学工业与民用建筑专业 ， 获 学士学位 ， 2 0 1 O年 毕业于福州大学结 构工 程 专业 ， 获硕士学位( E ma i l ： N0 7 0 5 2 0 0 4 1 h o t ma i I c o rn) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 世 界 桥 梁 2 0 1 3， 4 1 ( 1 ) 表 1 国外 已建成 的 RP C桥 梁 单跨简支梁( 见图 3 ) ， 跨径 4 9 2 m， 桥面宽 2 4 m。 主梁采用单箱单室截面， 高度 由支座处的 5 5 c m渐 变至跨中的 1 5 6 c m， 顶、 底板厚度分别为 5 c m和 1 0 c m， 腹板 厚 8 c m。在跨 中区域腹板 设 置大小 不一 圆 形开口， 以降低 自重并获得景观效果。全桥 由 6 个 预制节段用湿接缝连接而成， 通过体外预应力索拼 装成 桥 。该桥 总 重 为 5 4 t ， 约 为普 通 混 凝 土 桥 梁 的 1 5 ， 两端桥台工程数量与建造费用均明显降低。 G S E公 路 桥_ 4 。 为 单 跨 简 支 梁 公 路 桥 ( 见 图 4 ) 。该桥跨径 4 6 m， 宽 1 6 2 m。主梁采用分离式 三箱单室截面， 由 U形 RP C预制梁和 C 4 0普通混 凝 土现 浇桥 面板 通 过 P B L键 连 接 而 成 。U 形 梁 底 板 厚 2 2 c m， 腹 板 厚 1 5 c m。在 预 应 力 体 系 的选 择 上 ， 由于体外预应力构 件的极限承载力较体内预应 力构 件 降低 1 0 2 0 ， 且 锚 头 部 位 受 力 较 大 ， 需 额外加大该部位的结构尺寸和配筋量， 因此该桥选择 采用体 内预应力结构 。每根主梁分 为 7 个 预制 节段 ， 节段问采用湿接缝连接， 由体内预应力索拼装成桥。 3 4 奥地 利威 尔德公 路拱 桥 威尔德公路拱桥口 。 ( 见 图 5 ) 建于 2 0 1 0年。主 拱跨径 7 0 m， 矢高 1 8 m。主拱 由2根单箱单室拱肋 组成， 拱肋间采用横 系梁连接。2根拱肋拱轴线采 用多边形折线 。 单 根拱 肋 由 6个 节 段 和 8个 节 点 构 件组 成 ， 节 段长度接近 1 6 m， 八角形截面， 高、 宽均为 1 2 0 c m， 壁厚 6 c m， 角部 转 折边 缘 区厚 1 0 c m。主 拱 肋 采 用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 活性粉末混凝土桥梁应 用与研究 杜任远 ， 黄卿维 ， 陈宝春 7 3 在试设计 中， 跨径 4 3 2 m 的 RP C拱桥 ， 其截 面壁厚 为 1 6 c m， 而跨径 4 0 0 m 的 R P C连续箱梁桥 ， 其截 面底板 壁厚 为 2 0 1 2 0 c n 。 此外 ， R P C桥 梁 中 一 般 没 有 配 置 普 通 钢 筋 ， 而 多采用体内或体外预应力索进行预制拼装和承受结 构中的拉力或弯拉应力 。 4 2 3 预制节段制作方法 R P C的浇筑方式与桥梁构造密切相关 ， 如舍布 鲁克人行桥下弦杆的梁_ 3 采用振动棒振捣 ， 上层的 桥面板则采用可变频率的平板振动器振 捣； 威尔德 公路拱桥的预制节段l_ 8 在浇筑时为控制钢纤维的分 布方 向， 通过施加一定的压力 ， 使 R P C从浇筑端 向 另一 端挤 出 ， 并最 终 密实 成型 。 R P C中含有火山灰活性 的物质 ， 在标准养护或 自然养护条件下 ， 强度增长缓慢， 需采取加热养护的 方式 _ 1 。现有 RP C桥梁 的 热养 护 多采 用 9 O 温 度的蒸汽养护或蒸压养护 ， 但具体养护制度和设备 在不 同的工程应用中有所不同。如舍布鲁克人行桥 的节段l_ 8 在浇筑 2 4 h后拆模 ， 其外面采用双层聚乙 烯薄膜密封 ， 通入 9 0高温蒸汽养护 4 8 h， 并用热 电偶控制温度 ； 仙游人行拱桥 RP C预制节段l g 先在 3 5温度下养护 4 8 h ， 再进行 4 8 h的 9 O热养 护； 威尔德公路拱桥 R P C预制节段 。 在 9 0的高 压蒸养 釜 内养 护； 酒 田未 来 步 行桥 RP C 预制 节 段 妇 先标准养护 4 8 h ， 再进行 9 0蒸汽养护 4 8 h 。 4 2 4施 工 方法 R P C对养护制 度有较高 的要求 ， 所 以 R P C构 件 不适 合 大规 模现 场浇 筑 ， 宜采 用 工厂 预制 、 现 场拼 装 的施 工 方法 。 已建 成 的 RP C梁 桥 均 采 用 预 制 节 段 拼装 方 法施 工 ； RP C拱桥 则 在 此 基 础 上 采用 支 架 法 或转 体 法施 工 ， 其 中试 设 计研 究 中一 般 采 用 斜 拉 悬 臂拼 装法 施 工 ， 对 于 多 室 箱 、 分 离 式 的 拱 结 构 ， 还 可 以 考虑横 向 分 节段 施 工 ( 如 克 罗 地 亚 的 1 0 0 0 r n 拱 桥试 设计 ) 。 在 预 制 节 段施 工 结 构 中 ， 节 段 问 的 连 接是 一 个 特殊构造 ， 其强度和连接 的可靠度将直接影响预制 拼接结构的受力性能。接缝一般有湿接缝、 干接缝 和 P B L连接键 3种形式 ， 其中湿接缝 已应用于仙游 人行拱桥、 酒 田未来步行桥 、 GS E公路桥 和威 尔德 公路拱桥等多座 R P C桥 梁； 干接缝 的应 用较少， 仅 见威 尔 德公 路拱 桥 ， 其 半 拱 的拼 装 通 过 于 接 缝 接 触 面间的摩擦传递剪力 ； P B L键 用于 RP C预制 U 形 梁与普通混凝土桥面板之 问的连接 ， 其工程应用见 GS E公路桥 。相关研 究表 明 ， 设 有剪 力键 的 R P C 湿接缝与预制节段结合 良好 ， 其抗剪性能可满足设 计的要求 ； 干接缝 的使用 则需控 制好 其安装精 度 ， 以防 接 缝 处 受 力 不 均 而 使 结 构 发生 局 部 破 坏l_ 2 列； P B L键 沿桥 梁纵 向 和横 向的抗 剪 性能 均 可满 足设计要求 j 。因此 ， 在今后 的 RP C桥梁建设 中， 湿接缝可能成为 R P C预制节段问的主要连接方式 ， 而 P B L键 可作 为 R P C桥 梁 中连 接 R P C梁 和 普 通 混 凝 土桥 面板 的 可选方 案之 一 。 5 结 论 ( 1 )目前 R P C在 桥 梁 中的应 用 以拱 桥 和 梁 桥 为主， 截面形式 以箱形截面为主。预计在将来相当 长的时间内， RP C桥梁也将 以上述 主导桥型与截面 继 续发 展 。 ( 2 )由于 R P C桥梁截面较薄， 因此一般不配制普 通钢筋， 多采用体内或体外预应力索进行预制拼装。 ( 3 )R P C桥梁大多采用以预制节段拼装的施工 方法。其中拼接 的湿接缝可能成为 R P C预制节段 间的 主 要连 接 方 式 ， 而 P B L键 可 作 为 R P C桥 梁 中 连 接 R P C梁 和普 通混 凝土 桥 面板 的可选方 案之 一 。 国外 已建成 了一 些 R P C桥 梁 ， 但 跨径 与规 模 均 较小 ， 应用范围不广 ， 而我 国仅有 1例实桥的报道 ， 仍处于 以试设计研究为主的阶段 ， 其应用发展有待 工程 界 的继续 努 力 。 参 考 文 献 ： 1 Ri c h a r d P ，C h e y r e z y MC o mp o s i t i o n o f R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e s E J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， l 9 95， 2 5( 7)： 1 5 01 1 51 1 2 R e b e n t r o s t M，Wi g h t GUHP C P e r s p e c t i v e f r o m a S p e c i a l i s t C o n s t r u c t i o n C o mp a n y E C P r o c e e d i n g s o f UHPF RC 2 0 0 9 M a r s e i l l e ，2 0 0 9 E 3 Gr a y b e a l B UHP C i n t h e U S Hi g h w a y I n f r a s t r u c t u r e E c P r o c e e d i n g s o f UHP F R C 2 0 0 9 Ma r s e i l l e ， 2 0 0 9 4 T a n a k a Y， Oh t a k e A， Mu s h a H， e t a 1 Re c e n t I n n o v a t i v e A p p l i c a t i o n o f UF C B r i d g e s i n J a p a n C P r o c e e d i ng s of UHPFRC 20 09 M a r s e i l l e， 2 00 9 E 5 Z i mme r ma n n W，S p a r o w i t z L P r e f a b r i c a t e d UHP F R C P a r t s a n d S e g me n t a l F l a p Me t h o d i C P r o c e e d i n g s o f Fi b Symp os i umPr a gu e， 2 01 1 6 刘数华 ， 阎培渝 ， 冯建文活性粉末混凝 土在桥梁工程 中 的研究 和应用I- J 公路 ， 2 0 0 9 ， ( 3 ) ： 1 4 9 1 5 4 7 檀军锋活性 粉末 混凝土( R P C ) 在铁路预制梁工程 中的 应用E J 上海铁道科技 ， 2 0 0 7 ， ( 2 ) ： 5 4 5 5 8 周一桥 ， 杜 亚凡世界第 一座预 制预应力 活性粉末 混凝 土结构一舍布鲁克人 行桥 J 国外 桥梁 ， 2 0 0 0 ， ( 3 ) ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 世 界 桥 梁 2 0 1 3 ， 4l ( 1 ) 1 8一 Z3 9 j Hu h S ，B y u n Y， S u n - Yu P e d e s t r i a n Ar c h B r i d g e ，S e o u l ，K o r e a E J S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g I n t e r n a t i o n a l ， 20 05，1 5( 1)：32 34 1 O B e h l o u l M，E t i e n n e M，Ma i l l a r d MD u c t a l S e o n y u F o o t b r i d g e T MD f o r B e t t e r C o mf o r t e l P r o c e e d i n g s o f Fo ot b r i dg e 2 002 Pa r i s ，2 00 2：1 1 0 1 1 武者浩透 ， 大竹明朗 ， 兄玉明彦 ， 等超高强度 j、夕 I J 系新素材 夕夕， L ， J 老用 、 P C橘 梁 彀 施工 一酒 田 0 橘一 J 1 1 灭 灭 j夕 l J ，2 0 03， 4 5( 2)： 40 48 1 2 武者浩透 ， 渡边典男 ， 福原哲 ， 等UF C ( 夕夕， ) 老 用 0 、 GS E橘 梁 彀 匕突骏 J 大成 建彀 技衍 七 、夕一辗 ， 2 0 1 0 ， 4 3 ： 2 2 1 2 2 8 1 3 S p a r o wi t z I ， F r e y t a g B ， R e i c h e l M， e t a 1 Wi l d B r i d g e a S u s t a i n a b l e Ar c h Ma d e o f UHP FRC r C Pr o c e e d i n g s o f 3 r d Ch i n e s e Cr o a t i a n J o i n t Co l l o q u i u m o n Lo ng Sp a n Ar c h Br i d ge s Za gr e b，2 011：45 7 O 1 4 R a d i c J ， Vl a i e A，Ma n d i c AAs s e s s me n t o f P o s s i b l e L a r g e C o n c r e t e A r c h B r i d g e Al t e r n a t i v e s c P r o c e e d i n g s o f 3 r d Ch i n e s e - Cr o a t i a n J o i n t Co l l o q u i u m o n Lo ng Spa n Ar c h Br i dge s Za gr e b，2 01 1：1 67 1 7 4 1 5 陈昀 明， 陈宝春 ， 吴炎海 ， 等4 3 2 m 活性粉末 昆 凝 土拱 桥的设计 J 世界桥梁 ， 2 0 0 5 ， ( 1 ) ： 1 4 1 6 2王远洋 ， 陈宝春1 0 0 0 m 跨径混凝土拱桥研 究 J 世 界桥梁 ， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 1 3 E 1 7 余健活性粉末 昆 凝土 ( R P C ) 拱 桥试设计研 究( 硕士 学位论文) D 福建 ： 福州大学 ， 2 0 0 8 1 8 王 征上承式混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究( 硕 士 学位论文) D 福建 ： 福州大学 ， 2 0 1 0 1 9 邱 顺 冬桥 梁 工 程 软 件 Mi d a s C i v i l 应 用 工 程 实 例 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 1 1 2 o 黄卿维 ， 吴用银 ， 杜任远 ， 等活性粉末混凝 土人行 天桥 试设计研究i- j 广西大学学报( 自然科 学版 ) ， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 4)： 7 51 75 6 2 1 邵 旭东 ， 詹 豪4 0 0 m 级 预 应 力 活 性 粉 末 混 凝 土 ( R P C ) 连续箱梁原型设计 c 第二 十届全 国桥 梁学 术会议论文集北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 o 1 2 ： 9 2 9 7 2 2 吴炎海 ， 何雁斌 ， 杨幼华 ， 等养护制度对活性粉末混凝 土( R P C) 强度 的影 响 J 福 州 大学 学报 ( 自然 科 学 版 ) ， 2 0 0 3， 3 1 ( 5 ) ： 5 9 3 5 9 7 2 3 闫志刚 ， 阎贵平 ， 余 自若 ， 等活性粉末 混凝 土 R P C槽 形梁模 型 破 坏 试 验 研 究 J 中 国 安 全 科 学 学 报 ， 2 00 4。 ( 1 0)： 90 94 Ap pl i c a t i o n a n d St u d y o f Re a c t i v e Po wd e r Co n c r e t e t o Br i dg e Eng i n e e r i ng ( 编辑 ： 陈 雷) DU Re n y u a n HU ANG Qi n g w e i C HEN B a o - c h u n ( 1 Col l e g e of Ci v i l En gi ne e r i ng，Fu z h ou Uni v e r s i t y，Fu z h ou 35 00 02，Ch i na； 2Col l e ge o f M at e r i a l S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ，W u h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，W u h a n 4 3 0 0 7 0 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e( RP C)i s a n e w t y p e o f c e me n t b a s e d c o mp o s i t e ma t e r i a l wi t h v e r y h i gh c o m p r e s s i v e s t r e ng t h a n d v e r y hi gh p e r f o r ma nc e，whi c h ha s b e e n u s e d i n s o m e b r i dg e s wo r l dwi de Th e e x i s t i ng RPC b r i dg e s a n d t h e s t a t us q uo o f t h e t r i a l d e s i gn s t u dy c o nd uc t e d a r e i nt r o du c e d h e r e i n The pr e s e n t a p pl i c a t i on a nd s t ud y of RPC d e mo ns t r a t e t ha t RPC a r e ma i n l y us e d f or a r c h b r i dg e s a n d be a m br i d g e s，a nd ma i n l y i n f or m o f bo x s e c t i on；t he m a i n c on s t r u c t 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