超高性能混凝土在人行天橋上的應用分析

杜蕊蕊

(華新超可隆新型建材科技(黃石)有限公司，湖北 武漢 430073)

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete，UHPC)是一種新型混凝土材料，具備優異的力學和材料性能，其抗壓強度高、耐久性好，近年來在橋梁工程領域應用廣泛，常見應用包括橋梁主梁、橋面鋪裝、橋梁濕接縫、橋梁維修加固等。同時，超高性能混凝土也越來越多地應用于人行天橋的主梁和橋墩、蓋梁等部位。超高性能混凝土用于人行天橋的建造可降低梁高、減輕結構自重、更好地控制橋面凈空，使橋梁更加輕盈、美觀，且無需后期維護，可顯著降低工程造價。

目前的研究多針對超高性能混凝土在橋梁工程中的應用，對人行天橋部分的應用研究相對較少。結合國內外超高性能混凝土人行天橋實際案例，結合有限元計算結果，以30 m跨徑為例，總結出四種超高性能混凝土人行天橋結構型式，可實現全預制裝配化生產，滿足人行天橋快速建造需求。

1 超高性能混凝土人行天橋現狀

隨著城市發展和城市群的規劃，我國新建造市政道路和城市快速路數量急劇增加，因此，需要更多的人行天橋滿足居民出行需求，同時，應控制人行天橋工期，減少對地面交通的影響。常規人行天橋多采用鋼箱梁或普通混凝土材質，鋼箱梁結構易腐蝕，維修頻率高，綜合成本高；普通混凝土結構易開裂滲水導致內部鋼筋銹蝕，且材料強度不足，結構笨重，形式單一，不適應大跨度需求。超高性能混凝土不含粗骨料，由高強預混料、外加劑和鋼纖維組成，材料均質、致密、流動性大，材料內部均勻分布的鋼纖維能緩解結構受力導致的微裂縫的擴展，使材料具備超高的延性和韌性，作為結構主材料將提供超高強度。在同等荷載強度下，超高性能混凝土梁體的結構尺寸介于鋼結構和普通混凝土結構之間。同時，因超高性能混凝土材料致密、孔隙小，其具備高耐久性和耐腐蝕性，無需后期維護，大大減少了建造和維修成本。超高性能混凝土在一定程度上避免了普通混凝土和鋼材的劣勢，綜合單價比常規鋼結構人行天橋節省20%。

自1997年第一座超高性能混凝土預應力桁架簡支梁人行天橋在加拿大問世以來，以超高性能混凝土為主材料的人行天橋工程實例不斷增多，國內外已建或在建的超高性能混凝土人行天橋已數十座，這些橋多以梁橋為主，跨徑多在50 m以下。表1列出了部分國內外已建或在建超高性能混凝土人行天橋。

表1 國內外部分已建或在建超高性能混凝土人行天橋

2 超高性能混凝土人行天橋結構型式

2.1 人行天橋結構型式

根據表1，市面上常見的超高性能混凝土人行天橋結構型式多為π型梁、U型梁和箱型梁，因此，設計的幾種人行天橋主梁也由這幾種結構型式組成，如圖1所示。根據《城市人行天橋與人性地道技術規范》(CJJ 69—95)，人行天橋橋面凈寬不小于3 m，城市主干道通常為雙向6～10車道，路幅寬度通常為30～60 m， 因此四種標準人行天橋主梁以3 m凈寬、30 m跨徑標準簡支梁設計，同時，考慮預制人行天橋主梁脫模方便并節省模具，結構型式線條簡單，脫模過程中不會對結構和模具造成損壞，模具可以多次使用，降低工程造價。3 m凈寬、30 m跨徑人行天橋主梁結構參數如表2所示。箱型梁和魚腹箱型梁凈高1.2 m，魚腹箱型主梁底板為流線造型，能滿足景觀需要；π型梁凈高1.25 m，由兩個T型結構組成，U型梁凈高1.6 m，由兩個L型結構組成，考慮經濟成本時，可分開預制、節省模具；U型梁的兩側腹板可同時作為人行天橋的護欄，考慮景觀需要時，可在腹板上進行鏤空設計，減少材料用量的同時提高橋梁整體觀賞性。

圖1 四種超高性能混凝土人行天橋結構型式

表2 四種人行天橋結構參數

2.2 有限元計算

結合《活性粉末混凝土結構技術規程》(DBJ43/T325—2017)和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362—2018)等規范，利用有限元軟件midas Civil 2019對標準荷載作用下的四種人行天橋主梁結構型式進行計算，得到3 m凈寬、30 m跨徑的標準人行天橋主梁在標準組合下的有限元計算結果如表3所示，結果均滿足規范要求。

表3 四種人行天橋結構計算結果

(1)材料參數

主梁采用UC120超高性能混凝土，按鋼纖維體積摻量為2.0，鋼纖維長徑比為60計。

鋼絞線采用后張6×9Φs15.2高強度低松弛預應力鋼絞線，其抗拉強度標準值為1 860 MPa，彈性模量E=1.95×105MPa。

(2)結構荷載

二期混凝土鋪裝按30 mm厚度考慮，除U型梁，其余主梁單側護欄荷載3 kN/m。

人群荷載按照《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60—2015)選取。

鋼絞線控制張拉力：σcon=0.75fpk，σcon為錨下控制應力。

2.3 施工方式

超高性能混凝土主梁可采用節段預制拼裝方式，全梁分為4～6個標準節段，梁體節段連接部位設置剪力鍵，拼縫材料采用環氧樹脂膠或超高性能混凝土灌漿料，以4個標準節段為例，一個30 m的直線主梁只需準備兩套模具即可完成全梁預制。預制施工全程流程固定、質量可控，在工廠預制完成后，可在工廠或運輸至橋址現場完成拼裝。主梁施工流程主要包括安裝模板、澆筑超高性能混凝土、養護、脫模、拼接張拉預應力及架設梁段等。若橋墩、蓋梁等部分同樣采取預制方式，人行天橋可在短時間內迅速完成整體裝配式拼裝，提高建造速度，減少對路面交通影響。

3 結 論

超高性能混凝土人行天橋具備良好經濟性和實用性。通過對市場現有超高性能混凝土人行天橋結構型式進行分析，結合有限元結果，設計出四種標準超高性能混凝土人行天橋結構型式，結構計算結果均可滿足規范要求，可直接適用于3 m凈寬、30 m跨徑標準人行天橋，其他非標人行天橋主梁可參考執行。可為超高性能混凝土人行天橋設計施工提供一定參考，促進超高性能混凝土橋梁應用的進一步發展。