混合梁斜拉桥钢-混结合段混凝土的配制与性能研究

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发布时间：2021-09-17

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混合梁斜拉桥钢一混结合段混凝土的配制与性能研究
李北星，王运金，张剑峰，胡峰强。
(1．武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北武汉430070；2．江西省交通运输厅九江长江
公路大桥项目建设办公室，江西九江332000；3．南昌大学建筑工程学院，江西南昌330031)
摘要：为满足混合梁斜拉桥钢一混结合段填充混凝土的自密实、低收缩和高韧性的特殊要求，以九江长江公
路大桥为背景，制备C55普通自密实混凝土、微膨胀聚丙烯纤维自密实混凝土和微膨胀钢纤维自密实混凝土，对其
工作性能、力学性能、弯曲韧性、塑性收缩开裂性能、限制膨胀率和抗氯离子渗透性进行试验研究。结果表明，与普
通自密实混凝土相比，优选出的微膨胀钢纤维自密实混凝土不仅满足自密实工作性能的要求，而且显著提高了混
凝土的弯拉强度、劈拉强度和弯曲韧性，大幅度提高了抑制塑性收缩开裂的能力，并具有一定的微膨胀特性，能满
足钢混结合段混凝土的特殊要求。
关键词：斜拉桥；钢一混结合段；自密实混凝土；聚丙烯纤维；钢纤维；性能
中图分类号：U448．27；U444 文献标志码：A 文章编号：1 671—7767(2012)06—0063—05
1 工程概况
钢一混结合段是混合梁斜拉桥的关键部位，其
主要功能是保证钢箱梁与混凝土箱梁之间刚度过渡
的均匀性和力传递的顺畅性，避免产生应力集中和
折角，确保桥梁的经久耐用[1 ]。为了达到上述目
的，除了在结构设计上选择合适的连接方案外，在材
料上选择何种混凝土进行浇筑也十分重要。
九江长江公路大桥主桥设计为双塔双索面单侧
混合梁斜拉桥，桥跨布置为(70+75+84+818+
233．5+124．5)m。其中伸入主跨32．5 m 的长
8．15 m 的结合段由4段组成：2 m(混凝土箱梁段)
+2 m(钢一混结合段)+3．5 m(顶、底板带有T形
加劲肋的钢箱梁段)+0．65 m(钢箱梁段)。钢一混
结合段结构为PBL剪力键、圆柱头栓钉和加劲后承
压板的钢格室，钢格室腹板上开~65 mm 的圆孔，并
穿过~20 mm 的HRB335钢筋与进入该圆孔的混凝
土包裹在一起形成混凝土剪力键，依靠剪力键、预应
力钢束和钢筋将钢箱梁和混凝土箱梁连成整体。
由于钢格室浇筑空间狭窄，混凝土只能通过顶
板上预留的浇筑孔进入，混凝土入模、振实和养护非
常困难，容易收缩开裂，另外在钢格室腹板上设置大
量PBL剪力键，要求混凝土与其紧密包裹，一旦浇
筑不密实或收缩开裂将会导致混凝土箱梁与钢箱梁
结合不紧密，满足不了钢一混结合段及PBL剪力键
的设计要求。在使用阶段，由于钢箱梁与混凝土箱
梁弹性模量差异较大，二者的热膨胀系数也不一样，
因此，在外界荷载特别是动荷载作用下和环境温度、
湿度变化下钢一混结合段这种组合结构的变形协调
能力也非常重要。为优选钢一混结合段混凝土的配
制方案，本文制备了普通自密实混凝土、微膨胀聚丙
烯纤维自密实混凝土和微膨胀钢纤维自密实混凝
土，并对它们的使用性能进行了系统的试验研究。
2 钢一混结合段混凝土配合比设计技术要求
为保障钢一混结合段的密实浇筑、防止结合段
混凝土在施工和使用阶段脱粘与开裂，该混凝土的
设计重点是：①采用自密实混凝土，保证密实浇筑和
良好的穿越钢筋(开孔)的性能；②收缩小，利于钢箱
梁与混凝土箱梁的结合；③ 刚度大、韧性好、疲劳强
度高，保证钢箱梁与混凝土箱梁问的力学匹配。
该研究通过采用聚羧酸盐高性能减水剂与粉煤
灰来改善t昆凝土的工作性能，适量掺加膨胀剂来补
偿混凝土的收缩，提高抗裂性能，同时利用钢纤维或
聚丙烯纤维来增进混凝土的强度、韧性与抗裂能力。
综合分析确定的配合比设计指标如下：
(1)工作性能。胶凝材料用量550 kg／m。及以
下，拌和物坍落度≥ 230 rnm，坍落扩展度≥ 600
mm，坍落扩展5O cm直径的时间丁。为3～15 S，坍
落度损失1 h不超过30 mm，抗离析性好。
(2)力学性能。C55混凝土的28 d配制强度不