高性能水泥基复合材料在桥面耐久性方面的研究进展

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导读 许多现代桥梁都使用正交异性钢桥面 (OSBD),桥面是桥梁的表面部分。OSBD 的设计重量轻且经济实惠。然而,这种设计显示出路面开裂和连接桥...

许多现代桥梁都使用正交异性钢桥面 (OSBD),桥面是桥梁的表面部分。OSBD 的设计重量轻且经济实惠。然而,这种设计显示出路面开裂和连接桥面和桥梁上部结构的焊缝处疲劳损坏的问题越来越多。疲劳损坏是随着使用时间的推移而累积的损坏。

为了改善这些问题,设计了一种新的桥面。复合桥面系统 (CBD) 增加了一层混凝土,以降低因疲劳而损坏的可能性。最近,CBD设计中采用了高性能材料,例如超高性能混凝土 (UHPC) 和工程水泥基复合材料 (ECC) 。

中国科学家最近回顾了目前对这两种桥面设计的性能和耐久性的研究,以及将新型高性能材料纳入新中央商务区设计的效果。

“新型和传统桥面系统都有各自的优缺点,适用于不同的应用场景。全面回顾这些桥面系统可以让学者和工程师更深入地了解它们,并促进其有效应用。”先进工程结构研究所研究员童景忠说。

他们的评论于 4 月 29 日发表在《智能建筑》杂志上。

研究人员回顾了传统正交异性钢桥面系统以及采用三种不同材料之一的新型复合桥面系统的研究:原始的钢-混凝土,以及两种高性能材料,钢-UHPC 和钢-ECC。UHPC 和 ECC 是水泥基复合材料,其特性在桥梁中非常有用。

UHPC 具有超高的抗压强度,因此可以使用比普通混凝土更薄的板材,但抗弯强度和刚度更高。因此,它更易于建造,并且在压力下表现更好。ECC 非常坚韧,并且具有很强的抗开裂性。

他们审查的研究采用了不同的桥面适应性测量方法。论文中使用的测量类型包括桥面的弯曲行为,即桥面的材料和设计如何对可能导致弯曲的负载作出反应,桥面上关键焊缝的疲劳行为以及路面的耐久性,等等。

审查发现,疲劳性能是 OSBD 中最大的问题,而 CBD 设计具有相对更高的抗疲劳性和截面刚度,这对于长跨度桥梁非常有用。当在 CBD 设计中使用 UHPC 代替钢筋混凝土时,它提高了桥面的弯曲性能。ECC 的使用提高了桥面的抗裂性。

论文第一作者、浙江大学科学家陈云龙说:“将这些先进的水泥复合材料集成到桥面系统中,可显著提高其机械性能和耐久性,从而降低因重复损坏而产生的高昂维护成本。”

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