高性能结构技术及产品业务

工程结构技术咨询减隔震产品研发与应用高性能混凝土材料应用预制混凝土构件连接新材料、新产品推广应用高性能结构技术及产品总览提供集材料、技术、产品研发—工程化试验—技术集成—推广应用于一体的工程专项解决方案钢桥面板寿命评估与性能提升（武汉军山长江大桥）针对原钢桥面大量疲劳裂缝难以修复、铺装层频繁破损、屡修屡坏现状，提出采用在钢桥面板与沥青混合料铺装之间增加一层UHPC的加固方案，通过现场实桥试验和室内模型试验研究了实桥加固前后的应力幅变化、疲劳性能和承载性能，有效验证了加固方案的可行性，为工程应用提供有力技术支撑。加固后抗疲劳安全性验证钢-UHPC桥面板承载性能试验现场实桥测试试验一、钢桥面板寿命评估与性能提升轮式滚动疲劳试验钢-UHPC组合桥面板构造优化（在研工作）针对现有钢-UHPC组合桥面中UHPC收缩大、钢筋过密、养护条件高、施工不便等现状，结合自主研发的免蒸养低收缩粗骨料UHPC和FRP筋，考虑最大裂缝宽度与耐久性的关系，通过局部抗弯试验研究不同配筋率下结构裂缝宽度的变化规律，提出最优配筋率和构造措施，为工程应用提供依据。一、钢桥面板寿命评估与性能提升钢-粗骨料UHPC组合板抗裂试验UHPC裂缝宽度限值可否从0.05mm扩大至0.10~0.20mm？钢筋间距37.5mm

UHPC层钢筋间距100mmUHPC层UHPC相关规范法国规范：0.1mm(严重腐蚀环境)、0.2mm(一般环境构件)日本规范：0.3mm(一般环境)湖南省活性粉末混凝土结构技术规程：0.15mm(海水环境)《超高性能轻型组合桥面结构技术规程》（GDJTG/T

A01）0.05mm（目前工程应用钢筋间距37.5mm~50mm按照该规程进行配筋设计）FRP筋ECC层钢-ECC-FRP组合桥面板钢-UHPC桥面板钢筋优化钢筋CFRP筋BFRP筋GFRP筋多格室钢-混凝土组合塔柱技术钢壳混凝土沉管隧道结构高性能钢混结合部技术123二、高性能钢-混凝土组合结构基于“化整为零”思想，提出多格室组合塔柱多格式钢-混凝土组合塔柱（琼州海峡主跨1500m三塔斜拉桥）针对内外包钢组合塔柱结构中钢管对混凝土约束及承载能力提高效果有限难题，依托琼州海峡斜拉桥项目，提出多格室组合塔柱及其设计方法，相同含钢率的截面承载力可提高10％以上塔柱形式传统混凝土塔柱内外包钢组合塔柱多格式钢-混凝土组合塔柱技术特点截面较大，配筋复杂，模板工序耗时耗力有效解决混凝土塔柱配筋难的问题，无需支模工序混凝土桥塔截面尺寸比钢板壁厚大得多，钢管对混凝土约束及承载能力提高效果有限对较大尺寸断面进行多格室划分，充分发挥钢板对混凝土的套箍效应；

2）无需增加其他支撑系统；3）减小自重，节约成本，经济性好；试验研究、数字模拟及理论分析01500010000500020000荷载/kN0

2

4

6 8

10

12位移/mm试验

有限元02468100500010000150002500020000TZ-6TZ-4TZ-3TZ-5

TZ-2荷载/kN位移/mmTZ-13×1500m三塔斜拉桥钢筋混凝土结构钢-混组合结构二、高性能钢-混凝土组合结构宽46m双向8车道最大水头38m最大宽度55.47m曲线管节长度615m最大回淤厚度18m回淤速度>5cm/d深厚淤泥层起伏风化岩层广泛分布020406080100Disp.(mm)0100020003000600050004000Lo

a

d(kN)J4

J12

J13

J16

J17不同纵隔板布置图fc=40MPa，剪跨区无纵隔板fc=18MPa，剪跨区2道10mm纵隔板cf

=18MPa，剪跨区1道10mm纵隔板f

=18MPa，剪跨区c2道6mm纵隔板fc=18MPa，剪跨区1道6mm纵隔板u

truss

web

bolt

inclineV

V

V

V

Vtruss

vud

cV

f

b

z1vud

cd

s t

bsl

tcs

sw

p l

)bt

A

/

ss

sf

1.25

f

2

min(7.8,

1.16

f

min(t

,

t

)

l

t

,

3

fVbolt

0.03

fsbs

(tt

tb

)Vweb

ztw

(if

Vuc

Vut

)研究成果填补了国内隔仓式钢壳混凝土组合结构研究设计的空白标准管节断面钢壳混凝土沉管隧道结构（深中通道钢壳沉管隧道）针对深中通道沉管隧道工程面临高水压、大断面、复杂地质条件等因素的挑战，研究形成了考虑钢混组合作用的抗弯、抗剪、受压钢板稳定等系列设计方法二、高性能钢-混凝土组合结构高性能钢混结合部（顺德大桥）针对顺德大桥钢混结合部钢梁格室数量多，钢筋密集，混凝土浇筑时振捣密实难度大的技术难题，提出采用超高性能混凝土（UHPC）填充钢混结合部，有效减薄了承压板厚度，连接件抗剪承载力提升近2倍，格室数量减少40%，大幅提升施工效率后承压板抗剪件填充UHPC格室数量/个钢箱梁/Mpa结合部/Mpa主拉应力主压应力承压板开孔板852846.817.082253512837.017.185257结合部应力水平对比结合部格室数量优化UHPC填充钢混结合部共85个格室原钢混结合部设计共51个格室新钢混结合部设计减少40%二、高性能钢-混凝土组合结构三、高性能混凝土材料应用UHPC加固混凝土墩柱技术负弯矩区混凝土新型抗裂技术桥梁连续结构技术2341

UHPC加固混凝土梁板技术UHPC加固混凝土梁板技术（京沪改扩建郯城互通空心板桥加固工程）技术需求：按照现有规范抗弯、抗剪承载力富余度较小。采用15cm厚C50混凝土加固，抗剪承载力不满足要求技术方案：15cmC120UHPC整体化层加固方案UHPC加固方案抗弯、抗剪承载力与普通加固方法的对比加固设计方案抗弯承载能力安全系数抗剪承载能力安全系数1/2截面1/4截面支点截面10m方案一15cm现浇C50混凝土+10cm沥青混凝土1.301.860.91方案二15cm现浇UHPC+10cm沥青混凝土1.311.871.03

（瑞士规范）1.05（中国规范）13m方案一15cm现浇C50混凝土+10cm沥青混凝土1.471.950.88方案二15cm现浇UHPC+10cm沥青混凝土1.481.961.00（瑞士规范）1.02（中国规范）16m方案一15cm现浇C50混凝土+10cm沥青混凝土1.331.830.90方案二15cm现浇UHPC+10cm沥青混凝土1.361.861.03（瑞士规范）1.05（中国规范）三、高性能混凝土材料应用UHPC加固混凝土墩柱技术（京沪高速莱芜至临沂改扩建UHPC墩柱加固）技术需求：满足承载力要求，耐久性好；加固后经济美观加固方案普通混凝土UHPC项目方案一方案二方案三方案介绍墩柱底3m范围内20cmC40混凝土墩柱底3m范围内加固10cm厚UHPC墩柱全长范围内加固10cm厚UHPC结构性能各方案设计截面具有相当的承载能力耐久性耐久性一般UHPC具有优异的耐久性特点加固层厚，美观差，经济性好加固层薄，上细下粗，美观一般，经济性较好加固层薄，有色差美观较好，经济性差三、高性能混凝土材料应用技术方案：墩柱底3m范围内10cm厚HPC承载力提升效果有限耐久性差，寿命短；加固层厚，不美观UHPC墩柱加固承载力提升效果显著耐久性好，适用于恶劣环境加固层薄，轻盈美观普通混凝土墩柱加固-1x1060-5.0x1065.0x1061.0x1071.5x1072.0x1072.5x1073.0x1073.5x107N

(N)1x106

2x106

3x106

4x106

5x106

6x106M

(N*m)方案一方案二、三、不同加固方案承载力验算负弯矩区混凝土新型抗裂技术（太行山高速公路某匝道桥项目）技术需求：墩顶负弯矩区抗裂设计难度大，拟不设预应力。核心技术：抗拔不抗剪连接件）技术方案：墩顶附近组合梁部分区段ECC，且在该区段内采用抗拔不抗剪连接件替代原剪力钉。三、高性能混凝土材料应用板—

HP-ECC—C40板1#2#3#现场实施计算工况原方案“支座顶升+HP-ECC+抗拔不抗剪连接件”方案“支座顶升+现浇C40混凝土”方案备注成桥阶段+2.3/-0.6+1.2/-3.8+1.9/-0.91、Q345强度限值[fd]=270Mpa；2、C40抗压强度限值[fcd]=18.4MPa承载能力极限阶段+9.8/-6.4+5.7/-11.5+8.9/-10.2正常使用极限状态短期+6.7/-3.5+3.1/-7.7+5.7/-6.01、C40抗拉强度限值0.7[ftk]=1.68MPa；2、HP-ECC：抗拉强度限值0.7[ftk]=3.08MPa长期+6.1/-2.9+2.9/-7.2+4.9/-5.4结论短期组合下可以有效降低桥面板负弯矩区拉应力约54%抗拔不抗剪剪力钉太行山高速某匝道桥桥面板项目传统抗裂设计方法不同方案计算对比三、高性能混凝土材料应用桥面连续结构技术（山东祊河大桥）技术需求：桥面连接构造处受力复杂，病害严重，寿命短核心技术：UHPC刚性连接技术

ECC柔性连接技术技术方案：墩顶3.0m范围10cm的UHPC刚性桥面连续方案新桥桥面连续刚性方案不同长度刚性方案计算不同长度柔性方案计算现场施工不同方案计算结果：采用UHPC刚性连续方案时建议桥面连续长度为3m采用HP-ECC柔性桥面连续方案时，建议桥面连续长度为2m传统普通混凝土连续方案预制混凝土桥面板湿接缝连接技术新型灌浆套筒+低负温灌浆料新型钢筋连接+UHPC湿接缝技术123四、装配式预制混凝土构件连接预制混凝土桥面板湿接缝连接技术针对传统湿接缝宽度大、现场焊接量大、施工要求高的技术现状，依托自主研发超早强低收缩UHPC开展不搭接UHPC环形钢筋湿接缝承载力极限状态和正常使用极限状态性能研究，形成成套关键技术。UHPC湿接缝抗裂性高、耐久性强；省去钢筋绑扎或焊接工作，构造简单，施工高效充分发挥UHPC强度优势，湿接缝宽度更小。不搭接环形钢筋湿接缝设计拉压杆受力模式传统湿接缝UHPC湿接缝不同湿接缝混凝土受弯损伤对比纵筋：Φ25mm，横向间距120mm插筋：Φ25mm，纵向间距100mm四、装配式预制混凝土构件连接预制混凝土梁、柱构件连接技术传统钢筋灌浆套筒连接具有工厂化程度高，施工工序简单，施工技术成熟等优势，在装配式建筑结构中得到广泛应用。但是对施工精度要求较高，目前缺少令人信服的灌浆质量的检测技术。因操作不当或工人技术不成熟导致的灌浆缺陷若得不到及时评估，会给工程结构带来一定的安全隐患灌浆套筒连接可能出现的缺陷类型缺陷类型套筒端部缺陷套筒水平缺陷套筒中部缺陷套筒钢筋偏心缺陷产生原因由于封浆层、灌浆口和出浆口的漏浆造成。套筒端部的胶塞或坐浆层、灌浆、出浆口的封堵松动套筒内部空气无法彻底排出构件位置、垂直度和标高调整时造成缺陷影响1）造成灌浆料无法对钢筋形成闭合的有效约束；2）端部和中部的灌浆缺陷，减小钢筋的锚固长度。郑清林，《灌浆缺陷对套筒连接接头和构件性能影响的研究》，中国建筑科学研究院，2017四、装配式预制混凝土构件连接四、装配式预制混凝土构件连接新型灌浆套筒+低负温灌浆料采用低合金无缝钢管锯截加工，无需铸钢，造价低无缝钢管外表面有多道径向凹槽，与混凝土粘结力强；内表面有圆弧状凸环肋，灌浆锚固段抗剪力强低负温灌浆料具有抗冻性能好、强度高、微膨胀特点，适用于环境温度为-10℃以上的灌浆施工及养护过程新型灌浆套筒高强负低温灌浆料专利名称：一种钢筋浆锚对接连接的灌浆变形钢管套专利号：ZL201310287977.1适用于高寒地区基础设施、装配式项目冬季施工灌浆接头型式检验四、