特聘研究员王俊颜所研发UHPC材料用于全国首座UHPC预制π型梁公路桥

   2017年12月29日，上海市重大项目——嘉闵高架南南延伸段工程即将建成通车。作为嘉闵高架路新建工程中一座单跨简支地面跨河桥，袁家河桥为全国首座采用超高性能混凝土（UHPC）预制π梁的UHPC-RC组合梁桥，桥梁跨径22m，桥宽17.75m。袁家河桥上部结构采用UHPC-RC组合梁，为超高性能混凝土（UHPC）预制π梁与普通钢筋混凝土（RC）桥面板组成的组合结构桥梁。桥梁横桥向布置7片UHPC预制π梁（如图1），吊装就位后在梁顶布设桥面板钢筋网片，浇筑0.15m厚C50砼桥面板，通过预制梁预留钢筋连接件结合形成组合结构。后浇砼桥面板兼做桥面铺装找平层。此方案在兼顾结构方案经济性的同时具有预制梁吊装重量轻、施工速度快等特点。

      图1制梁现场：7片全UHPC预制π型梁  

单片UHPC预制π梁长22m，宽2.5m，高0.93m，顶板最薄处仅5cm，自重仅34吨/片，仅为传统同面积刚接空心板梁自重的一半。UHPC预制π梁在自重降低后可降低吊装难度，每片梁平均架梁时间仅为20分钟，在2.5小时内完成了7片梁的吊装，对于今后城市老桥快速更换工程方案具有很好的示范效应（图2）。袁家河UHPC预制π梁方案降低了上部结构自重，进而可以优化下部结构桩基工程量，因此总体造价相对传统空心板梁方案增加幅度不大。

图2全UHPC预制π型梁吊装现场

图3  王俊颜特聘研究员和UHPC预制π型梁

  UHPC预制π梁采用同济大学特聘研究员王俊颜研发并由上海罗洋公司生产的TENACAL®高应变强化型UHPC制作，采用常温养护方式。TENACAL®具备类似金属的拉伸应变强化特性，其力学性能使得UHPC梁的设计突破了传统钢筋混凝土的设计方法，目前已有二十多个实际工程案例，分别在桥梁加固、装配式桥梁构件连接技术、钢-UHPC组合结构等应用领域，其中包括523上海中环事故中破损的桥梁修补、南浦大桥W3匝道截柱降高的连接部位、沪嘉高速两座桥加固、S3装配式桥梁湿接缝、复兴东路人行天桥钢桥面UHPC铺装（仅用栓钉、无钢筋、常温养护）等，为降低桥梁大修或建造对上海特大城市交通运营的影响作出了贡献。本次TENACAL®高应变强化型UHPC在袁家河桥预制π梁的成功应用，更是对UHPC桥梁的推广具有重要技术价值。

   作为嘉闵高架路（S32-莘松路）道路的新建工程，该桥由上海城投公路集团第一事业部负责，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司马骉副总工程师团队设计、我院王俊颜研究员负责UHPC材料研发和应用技术支持、土木工程学院肖汝诚教授团队负责足尺试验梁试验研究，中铁上海工程局第二工程有限公司和上海罗洋新材料科技有限公司（负责材料搅拌）配合施工，在各单位的共同努力下，多方协作促成了本桥的顺利落地。  

图4  高应变强化型UHPC（商标TENACAL®）

   王俊颜特聘研究员的研究表明：1）高应变强化型UHPC具有高抗拉强度和“类金属”拉伸应变强化性能，极限抗拉强度高达10MPa以上，极限拉应变可达0.4%-0.5%，超过普通钢筋的屈服应变（0.2%），可在钢筋屈服前与之全程协同工作；2）高应变强化型UHPC具有优异的裂缝宽度控制能力，在应变强化段内存在多点分布微裂纹，且其宽度小于0.05 mm，大部分肉眼不可见，因此钢筋抗拉强度设计不受正常使用状态最大裂缝宽度验算的影响；3）高应变强化型UHPC基体致密，在大塑性变形下仍具有极佳的抗渗性。气体渗透测试验证明高应变强化型UHPC在拉应变达到0.2%后即刻卸载状态下的抗气渗性能仍要优于未受荷C50混凝土。上述特性使得高应变强化型UHPC结构突破了原有钢筋混凝土的设计理念。相关研究成果分别发表在《土木工程学报》、《哈尔滨工业大学学报》等知名期刊上。上述研究工作获得同济大学高等研究院领航人才计划、国家自然科学基金、上海市浦江人才计划、上海市科委项目以及中央高校基本科研业务费专项资金项目等项目支持。