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UHPC桥面修复及结构加固:欧美实践
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UHPC桥面修复及结构加固:欧美实践

  • 分类:行业知识
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  • 来源:
  • 发布时间:2020-09-05 10:07
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【概要描述】UHPC-RC复合结构化是UHPC应用的一个重要出路,也是对现有RC结构的一个最好馈赠,特别是对于沿海、石油、化工、盐碱地、除冰盐等严酷环境中及受疲劳或冲击的结构来说更是合适(无论是旧结构还是新结构)……

UHPC桥面修复及结构加固:欧美实践

【概要描述】UHPC-RC复合结构化是UHPC应用的一个重要出路,也是对现有RC结构的一个最好馈赠,特别是对于沿海、石油、化工、盐碱地、除冰盐等严酷环境中及受疲劳或冲击的结构来说更是合适(无论是旧结构还是新结构)……

  • 分类:行业知识
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  用UHPC对现有服役结构进行罩面处理,不仅防水,还能补强,特别适合于桥面铺装,历史建筑及城乡住房的修补、加固与修复……

  UHPC-RC复合结构化是UHPC应用的一个重要出路,也是对现有RC结构的一个最好馈赠,特别是对于沿海、石油、化工、盐碱地、除冰盐等严酷环境中及受疲劳或冲击的结构来说更是合适(无论是旧结构还是新结构)……

  01 结构相关

  用UHPC来修补、加固RC结构,特别是用于桥面铺装,瑞士的Eugen Brühwiler教授及其合作者做了很多开创性工作,自本世纪初至今,已在几十座桥梁上得到了应用。[1-5]

  他们团队也是瑞士UHPC标准的制订者,该标准包含了如何用UHPC来加固RC结构的相关章节。[6]

  图1 给出了UHPC罩面与RC的基本组合结构形式。其中R-UHPFRC指配筋UHPC。

  

  图1 UHPC-RC组合方式:(a)UHPC仅有保护功能;(b)R-UHPC有结构补强及保护功能;(c)R-UHPC用于修复钢筋发生腐蚀的在役结构。[1]

  文献[1,6]给出了详细的UHPC-RC抗拉、抗压、抗疲劳的结构分析和计算方法。

  美国2016年首次将UHPC用于旧桥面的维修[7],并对其修复效果,包括UHPC-RC界面粘结、脱粘情况进行了详细检查和分析(见图2)。

  

  图2 现有RC桥面板及UHPC铺装层及潜在分层位置[7]

  02 材料相关

  对于有坡度的现浇UHPC,不用低粘度的自流平混凝土,而用有触变性的UHPC,可通过调整配比(包括调粘剂)来实现。

  触变性听上去有些神秘,其实我们天天接触它,象果冻、酸奶、冷藏过的粥等都是有触变性的。简单地讲就是,当无外力作用时,有些物体能维持一定的几何形状,但若施加剪切力(如振动)时,它们就无法保持原来的形状或直接变为流态,这个性质就是触变性(见图3)。

  

  图3 左图为液态UHPC;右图为有触变性的UHPC,振动时可流动[7]

  保持合适的触变性对UHPC抹面、整平、塑型、喷射等都有好处。

  03 工艺相关

  通常首先对现有RC结构进行检测鉴定,对于适合修补与加固的,可参考文献[1,6]中的结构分析和计算方法进行结构设计,然后进行如下操作:对现有RC结构进行表面处理(铲除、打磨或切槽、清洁)、铺设钢筋网(或不铺设)、浇筑UHPC、养护至规定龄期后进行最终表面处理(打磨或切槽、或再罩面)。

  铺设的UHPC厚度通常为20mm~200mm不等。普通的罩面或铺装层厚度多为25mm~50mm;需要考虑刚度、抗疲劳、耐磨性能时可适当增加UHPC厚度。

  现有报道中很少看到在RC表面植筋的情况,实际使用时,可适当植筋,与所铺设的钢筋网进行固结。

  04 已有应用

  桥面铺装层:按图1所示,去除部分(或全部)现有RC铺装层或直接表面粗糙化后直接铺装UHPC;[1]

  防撞栏罩面:按图4所示,对防护栏进行表面防护,可抑制除冰盐的侵蚀;[4]

  

  图4 防撞墙罩面尺寸及修复后的照片[4]

  梁的加固:包括RC梁和钢梁。[1,2,8,9]

  柱的加固:墩柱的表面防护与结构加固,特别适合于有氯离子环境的RC下部结构。[10]

  

  图5 墩柱的加固[10]

  除桥梁结构外,类似应用完全适用于电力、化工、石油等有需要防护和加固的RC结构。

  05 经济性对比

  只引一下文献[7]所引数据来看看UHPC桥面铺装与其它方案的成本对比。

  表1 不同桥面铺装方案的大概成本范围

  可以看出,采用品牌专供UHPC(预混料)的成本相对较高,但这是在未考虑全寿命成本时的估算。如果考虑免维护使用年限(几倍至几十倍),UHPC的使用总成本将显著降低。不过,这有待未来实践检验。

  参考文献

  [1] Eugen Brühwiler. UHPFRC technology to enhance the performance of existing concretebridges. Structure and Infrastructure Engineering. 16:1(2020)94-105.

  [2] Henar Martín-Sanz, Konstantinos Tatsis, Domagoj Damjanovic, Irina Stipanovic, AljosaSajna, Ivan Duvnjak, Uros Bohinc, Eugen Brühwiler and Eleni Chatzi. Getting More Out of Existing Structures: Steel Bridge Strengthening via UHPFRC. Frontiersin Built Environment. 5:26(2019)1-20.

  [3] Eugen Brühwiler. "Structural UHPFRC": Welcome to the post-concrete era! First International Interactive Symposium on UHPC. 2016. DOI: 10.21838/uhpc.2016.key.

  [4]Eugen Brühwiler and Emmanuel Denarié. “Rehabilitation and Strengthening of Concrete Structures Using Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete.” Structural Engineering International. 23:4(2013)450–457.

  [5] E. Denarié and E. Briihwiler. Structural Rehabilitations with Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concretes (UHPFRC). Restoration of Buildings and Monuments. 12:5/6(2006)453-468.

  [6] SIA-2052. UHPFRC: Materials, Design and Application. 2016.

  [7] Zachary B. Haber, Jose F. Munoz, and Benjamin A. Graybeal. Field Testing of an Ultra-High Performance Concrete Overlay. FHWA-HRT-17-096. 2017.

  [8] Mostafa Tazarv, Lucas Bohn and Nadim Wehbe. Rehabilitation of Longitudinal Joints in Double-Tee Girder Bridges. Journal of Bridge Engineering. 24:6(2019)04019044. DOI: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001412.

  [9] Kevin M. Zmetra, Kevin F. McMullen, Arash E. Zaghi and Kay Wille. Experimental Study of UHPC Repair for Corrosion-Damaged Steel Girder Ends. Journal of BridgeEngineering. 22:8(2017).DOI:10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001067.

  [10] Gaston Doiron. Pier repair/retrofit using UHPC examples of completed projects in north America. First International Interactive Symposium on UHPC. 2016. DOI: 10.21838/uhpc.2016.99.

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