2月25日下午，工程技术研究中心在院415会议室主办了2022年第三期沙龙，沙龙题目是“UHPC（超高性能混凝土）在桥梁工程中的应用”，工程技术研究中心高级工程师汪旭主讲。主讲人从混凝土性能分级、超高性能混凝土的特点、UHPC（超高性能混凝土）在国外内桥梁工程中的应用等5个方面汇报分享了其在超高性能混凝土（UHPC）的调研成果，主要内容分享如下。

1. 混凝土性能分级

混凝土按照其强度的不同可划分为以下4种类型的混凝土；按其性能的不同可划分为高性能混凝土和超高性能混凝土，如下表所示

2. 超高性能混凝土的定义和特点

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete）简称UHPC，是指兼具超高抗渗性能和力学性能的纤维增强水泥基复合材料。在工程应用中其主要有以下4个优点：

1）UHPC工程结构的使用寿命为100～200年。

2）UHPC具有超高的力学性能：高强，早强，韧性。其抗渗性和抗拉性能为关键或核心技术性能，抗渗性代表了UHPC的耐久性。

3）匀质材料，热养护后收缩为“零”，徐变稳定可控。

4）施工和易性、自流密实、无需振捣。

3. UHPC在国外桥梁工程中的应用

3.1 加拿大 Sherbrooke人行桥

1997年，在加拿大魁北克省舍布鲁克市建成了世界上第一座UHPC人行桥—Sherbrooke人行桥（图1）。该桥为跨径60m的UHPC钢桁腹组合结构。桥面板采用3cm厚UHPC板，桁架腹杆采用直径15cm的钢管（钢管内充填UHPC），下弦采用10m预制UHPC梁节段，节段内未配置普通钢筋，仅采用后张预应力拼装而成。结构重量只有PC的1/2～1/3，与钢结构相差无几。

图1 加拿大 Sherbrooke人行桥

3.2 法国Bourg-lès-Valence桥梁

2005年，法国建造了跨径为47.4m的UHPC箱型公路梁桥—PS34跨线桥（图2），UHPC箱型主梁顶板宽4.4m，高度1.63m。UHPC桥面板上不铺设防水层和沥青混凝土铺装层，厚度14cm的箱梁顶板既是桥面板也是行车道路面板。采用的UHPC方案能极大减少普通钢筋和预应力钢筋的数量，可以将桥梁的总体自重减小到1/3左右。

图2 法国Bourg-lès-Valence桥梁

3.3 韩国仙游桥人行天桥

仙游桥位于韩国首尔，建成于2002年，是世界上第一座UHPC拱桥（图3），也是亚洲第一座UHPC桥梁。该桥主拱跨度为120 m，矢跨比1／8，矢高15 m，拱轴线采用圆弧形，拱肋半径为127.5m。引桥为钢桥，其末端直接搭接在主拱上。该桥由6个预制后张预应力π型节段组成，截面高1.3m。在拱顶处，安装了2个调质阻尼器（TMD），一个用于控制横向振动，另一个用于控制竖向振动。该桥是世界上目前已建成的跨径最大的UHPC拱桥。

图3 韩国仙游桥人行天桥

3.4 德国Gärtnerplatzbrucke桥

德国加特纳普拉兹(Gärtnerplatzbrucke)人行桥（图4），于2007年建成，是一座超高性能混凝土（UHPC）桥梁，位于卡塞尔市，跨越富尔达河。该桥为人行和自行车两用桥梁，桥长133.2m，为6跨钢--UHPC组合结构，最大跨度为36m。是世界上首次采用环氧树脂黏结的UHPC组合结构的桥梁。

图4 德国Gärtnerplatzbrucke桥

3.5 奥地利WILD桥

2010年，奥地利建成世界上第一座UHPC公路拱桥—WILD桥（图5）。该桥总长154m，主拱跨径70m，矢高18m。主拱由2根单箱单室拱肋组成，拱肋间采用横系梁连接。单根拱肋由6个节段和8个节点构件组成，拱轴线呈多边形折线，采用竖向下放式转体法施工，节段长度约16m，高、宽均为120cm，壁厚仅6cm。该桥UHPC桁架拱结构细巧、造型优美，与风景区峡谷环境非常协调。

图5 奥地利WILD桥

3.6 马来西亚Batu6桥

马来西亚于2014年建成的Batu6桥（图6），主跨100m，主梁为箱型截面，箱梁顶板和底板宽度分别为5m和2m，高度为4m，高跨比1/25，底板厚度为25cm，其余板厚均为15cm。全桥结构采用预制节段拼装法施工，分为40个节段，标准节段长2.5m，施工现场拼装，采用后张预应力连接预制节段成桥。

图6 马来西亚Batu6桥

3.7 捷克Celakovice人行斜拉桥

2015年，在欧洲捷克建成了跨径156m的人行斜拉桥（图7），该桥位于Celakovice市的Labe河上，采用UHPC梁板式主梁，主梁宽度约为3.6m，梁高度为60cm而中间板厚度仅为6cm。桥梁结构采用预制拼悬臂装法施工，预制节段长度为12m，每个主塔在主跨侧仅需悬臂吊装施工7个预制梁段，施工快速且便捷。

图7 捷克Celakovice人行斜拉桥

4. UHPC在国内桥梁工程中的应用

4.1 滦柏干渠大桥

2006年，中国在迁曹铁路工程中修建了第一座UHPC桥梁（图8），生产了12片跨径20m的超高性能混凝土T梁，梁高1.35m，高跨比1/14.8，跨中腹板厚度18cm。

图8 滦柏干渠大桥

4.2  福州大学桥园人行拱桥

福州大学桥园人行拱桥为中国第一座UHPC拱桥（图9），建成于2015年3月。该桥主拱净跨径为10 m，拱肋采用等截面板拱，厚10cm，拱轴线为半径R=6.25m的圆曲线，净矢高2.5m,矢跨比1/4。拱肋材料为UHPC。

图9 福州大学桥园人行拱桥

4.3 河北公路梁桥

2015年7月在石家庄至磁县（冀豫界）公路改扩建工程第Ⅺ一8标段K34+690建成了国内首座UHPC公路梁桥（图10）。该桥为4跨先简支后连续箱梁桥，跨径布置为4×30m，横向布置3片箱梁。

图10 河北公路梁桥

4.4 长沙北辰三角洲跨街天桥

2016年，在长沙北辰三角洲建成了一座长70.8m（主跨36.8m）UHPC跨街天桥（图11），为中国首座节段预制拼装预应力UHPC连续箱梁桥，结构轻盈、美观。上部结构采用预应力超高性能混凝土鱼腹式单箱三室连续箱梁，UHPC强度等级为R150，箱梁顶宽6.6m，底宽3.0m，中心梁高1.35m，梁跨高比约1/28，顶板厚12cm，底板厚8cm，腹板厚20cm。采用节段预制、现场支架拼装的施工方法，全桥共分15个节段，标准节段长4.6m，最大节段重量为51.3t。

图11 北辰三角洲跨街天桥

4.5 肇庆马房大桥

2011年，在肇庆马房大桥中首次将UHPC与钢箱梁组合形成轻型组合桥面。1984年建成的马房大桥为14×64m的简支钢箱梁，全长919.6m．桥面宽12.1m，桥面采用正交异性钢面板。该桥通车后历经多次维修仍存在铺装层严重破损和钢结构疲劳裂纹，2011年底全桥进行了彻底的维修，到目前为止采用50mm厚UHPC层加固维修后的第11跨仍运行良好。

4.6 广东惠清高速钢-UHPC轻型组合梁桥

2020年，国内首座4×25m先简支后结构连续的钢-UHPC轻型组合梁桥在广东惠（州）清（远）高速建成。桥跨布置为4×25m预制钢-UHPC组合π梁（图12）。桥梁断面全宽8.5m，横向由3片全预制钢-UHPC组合π梁组成，单片π梁标准宽度为2.8m，全桥共12片预制钢-UHPC组合π梁。梁高100cm，其中工字梁高88cm，UHPC桥面板厚12cm，另加1cm厚UHPC作为磨耗层，桥面不再有铺装层。

图12 惠清高速钢-UHPC轻型组合梁桥

4.7 广州花都大道人行天桥

2019年4月，在广州花都大道建设了国内首座UHPC无腹筋预应力体系人行天桥（图13）。其中，无腹筋预应力超高性能混凝土梁桥的定义为：配置预应力钢筋且无箍筋和弯起钢筋的超高性能混凝土梁桥。

图13 花都大道人行天桥

4.8 UHPC在广州塔珠江两岸人行景观桥上的应用

2021年建成的广州塔珠江两岸人行景观桥（图14），位于广州塔南广场，人行桥跨度为198米，全长488米，宽度为15米，拱跨198.152米。是世界上跨度最大、宽度最宽的曲梁斜拱人行桥。技术创新的最大亮点之一就是新材料超高性能混凝土UHPC在桥面的铺装和UHPC在关键重要拱脚部位的外包。开创了UHPC在防腐保护应用的先河。

图14  广州塔珠江两岸人行景观桥

5. 结语

在桥梁工程中，UHPC已被应用于主梁结构、拱桥主拱、桥面结构、桥梁接缝及旧桥加固等多方面。截至2019年底，美国、加拿大、日本等国家应用UHPC材料的桥梁均在70座以上，马来西亚已经建成150座UHPC桥梁，绝大多数为主梁结构采用UHPC材料；而中国目前约有80座桥梁采用了UHPC材料，其中约有20座桥梁主体结构（主梁、拱圈等）采用UHPC材料，其余主要用于钢-UHPC轻型组合桥面结构、现浇接缝、维修加固等方面。

通过本次分享，参会人员对UHPC的概念和应用有了初步的了解，表现出了极大的兴趣，并要求主讲人进一步搜集案例和相关节点大样，深入研究，为UHPC在珠海的应用做出贡献。