超高性能混凝土（UHPC）在装配式桥梁节点连接中的力学性能分析

1. 引言

沈海高速汕尾陆丰至深圳龙岗段是国家高速公路网的重要组成部分，自1996 年通车以来，交通量增长迅速，交通拥堵现象日趋常态化。为满足区域社会经济和交通运输发展的需要，该路段于2019 年开始进行改扩建工程。在改扩建工程中，UHPC被应用于梅陇特大桥的节点连接，展现了其在提高施工效率和结构性能方面的显著优势。

2. 工程概况

沈海高速汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程是广东省重点交通建设项目之一，也是国家高速公路网沈海高速公路（G15）的重要组成部分。该工程全长约 146.6 公里，起点位于汕尾市陆丰市，终点位于深圳市龙岗区。全线按照双向八车道高速公路标准进行改建，设计速度为120 公里/小时。工程范围涵盖等地。全线改建桥梁总长 23962 米，共 189 座，其中特大桥 12281 米/6 座，大桥 6007 米/28 座。这些桥梁的改建对于提升高速公路的通行能力和安全性至关重要，同时也为区域交通网络的优化提供了重要支撑。

梅陇特大桥是沈海高速汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程中的关键节点工程之一，位于汕尾市陆丰市境内，跨越多条河流和交通干线，是连接汕尾市与深圳市的重要交通枢纽。该桥全长约 2.5 公里，采用预制装配式施工工艺，包括预制立柱、盖梁和梁板等构件。这种施工方式不仅提高了施工效率，还减少了对周边环境的影响。在梅陇特大桥的施工中，节点连接是关键技术环节之一。传统的节点连接方式存在施工复杂、质量难以保证等问题，尤其是在预制构件的拼接部位。为了克服这些问题，工程团队采用了超高性能混凝土（UHPC）进行节点连接。UHPC具有高强度、高韧性、低孔隙率和良好的自密实性能，能够有效提高节点的力学性能和耐久性。

3. UHPC材料性能

超高性能混凝土（UHPC）是一种新型水泥基复合材料，因其独特的微观结构和卓越的力学性能，近年来在土木工程领域得到了广泛关注。UHPC具有高强度、高耐久性和自密实性等特点，使其在桥梁、隧道及其他重要结构中展现出巨大的应用潜力。

首先，UHPC的高强度特性是其最显著的优势之一。其抗压强度可达170-227MPa，远超普通混凝土的抗压强度（通常在 20-60MPa之间）。这种高强度特性使得UHPC在承受重载和复杂应力状态时表现出色，能够有效减少结构尺寸和材料用量，从而降低工程造价。此外，UHPC的抗拉强度也十分突出，可达3.5MPa以上，是普通混凝土抗拉强度的数倍。这一特性对于抵抗结构中的拉应力，尤其是裂缝的产生和扩展，具有重要意义。

其次，UHPC的高耐久性是其另一大优势。UHPC的孔隙率极低，通常在 2%-6% 之间，远低于普通混凝土的孔隙率（通常在 15%-25% ）。低孔隙率意味着UHPC具有更高的密实度，能够有效阻止水分、氯离子和硫酸盐等有害物质的侵入，从而显著提高其抗冻融、抗渗和抗腐蚀性能。在恶劣环境下，如沿海地区或化工区域，UHPC的耐久性优势尤为明显，能够有效延长结构的使用寿命，减少维护成本。

最后，UHPC的自密实性为其施工带来了极大便利。UHPC具有良好的流动性和填充性，无需振捣即可自行填充模板内的各个角落，形成均匀密实的混凝土结构。这一特性不仅简化了施工工艺，减少了施工设备的使用，还提高了施工效率和质量。自密实性还使得UHPC在复杂形状的构件和密集钢筋的区域中表现出色，能够有效避免因振捣不足或过度振捣导致的缺陷，确保结构的整体性和耐久性。

4. UHPC在梅陇特大桥中的应用

在梅陇特大桥的施工中，UHPC被广泛应用于关键节点的连接，包括立柱与承台、立柱与盖梁以及盖梁与盖梁之间的连接。这种创新的连接方式不仅简化了施工流程，还显著提升了节点的力学性能。传统节点连接方式通常需要复杂的钢筋绑扎和现场浇筑，施工难度大且质量难以保证。而UHPC的应用，通过其高强度和高韧性特性，有效增强了节点的抗压、抗拉和抗剪能力，同时减少了现场湿作业，提高了施工效率和质量控制水平。

梅陇特大桥的施工采用了预制装配式工艺，桥梁的立柱、盖梁等主要构件均在工厂预制完成，然后运输至施工现场进行装配。在节点连接处，施工团队采用了UHPC进行浇筑。UHPC的自密实特性使得浇筑过程无需振捣，能够自动填充模板内的各个角落，形成均匀密实的连接。此外，UHPC的快速硬化特性极大地缩短了施工周期。在常温条件下，UHPC的1 天抗压强度可达 55MPa以上，这意味着节点连接可以在短时间内达到设计强度，从而加快了整体施工进度，确保了工程的顺利推进。

UHPC在梅陇特大桥节点连接中的应用，显著提升了节点的力学性能。在抗压与抗拉性能方面，UHPC连接的节点即使在极限状态下也能保持结构的完整性，展现出优异的抗裂和抗变形能力。在抗剪性能方面，UHPC的应用显著提高了节点的受剪承载力，即使在未配置箍筋的情况下，其性能也优于普通混凝土现浇节点。此外，在抗震性能测试中，UHPC连接的节点表现出良好的延性和耗能能力。在反复荷载作用下，节点的滞回曲线饱满，极限阶段未见承载力大幅度下降，这表明UHPC连接的节点在地震等极端条件下仍能保持稳定的力学性能，为桥梁的安全性提供了有力保障。

5. UHPC应用的优势

UHPC的自密实特性是其在施工中的一大亮点。这种材料无需振捣即可自动填充模板内的各个角落，形成均匀密实的结构。这一特性不仅简化了施工流程，还显著减少了现场振捣工作，降低了施工设备的需求和操作难度。以梅陇特大桥为例，UHPC的应用使得节点连接的施工时间大幅缩短。传统施工方法中，节点连接需要进行复杂的钢筋绑扎和振捣作业，施工周期长且质量难以保证。而采用UHPC后，施工团队能够在短时间内完成节点浇筑，并且在常温下 1 天内即可达到 55MPa以上的抗压强度，这使得后续施工可以快速推进，极大地提高了施工效率，缩短了整体工期。

UHPC的高强度和高韧性在提升结构性能方面发挥了重要作用。其抗压强度可达 170-227MPa，抗拉强度可达 3.5MPa 以上，这些性能指标远高于普通混凝土。在梅陇特大桥的节点连接中，UHPC显著提高了节点的抗压、抗拉和抗剪性能。即使在极限状态下，UHPC连接的节点仍能保持结构的完整性，展现出优异的抗裂和抗变形能力。在抗震性能方面，UHPC连接的节点表现出良好的延性和耗能能力。在反复荷载作用下，节点的滞回曲线饱满，极限阶段未见承载力大幅度下降。这意味着在地震等极端条件下，UHPC连接的节点能够有效吸收和耗散能量，保持结构的稳定性，从而为桥梁的安全性提供了有力保障。

UHPC的低孔隙率（ 2%-6% ）和高抗腐蚀性是其在恶劣环境下保持良好性能的关键因素。低孔隙率使得UHPC具有更高的密实度，能够有效阻止水分、氯离子和硫酸盐等有害物质的侵入，从而显著提高其抗冻融、抗渗和抗腐蚀性能。对于沿海地区的桥梁工程，如梅陇特大桥，UHPC的应用尤为重要。沿海地区通常面临着海水侵蚀、盐雾腐蚀等环境挑战，这些因素会加速普通混凝土的劣化，缩短桥梁的使用寿命。而UHPC的高耐久性能够有效抵御这些环境因素的影响，延长桥梁的使用寿命，降低后期维护成本，确保桥梁在长期使用过程中的安全性和可靠性。

6. 结论

本文通过对沈海高速汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程中梅陇特大桥的应用案例分析，深入探讨了超高性能混凝土（UHPC）在装配式桥梁节点连接中的力学性能优势。研究表明，UHPC的高强度、高韧性和自密实特性显著提升了节点的抗压、抗拉、抗剪性能及抗震能力，同时大幅缩短了施工周期，降低了施工难度。其低孔隙率和高抗腐蚀性进一步增强了桥梁的耐久性，尤其适用于沿海等恶劣环境。UHPC的应用不仅优化了施工流程，还为桥梁的长期稳定性和安全性提供了有力保障，为类似工程提供了可借鉴的经验，具有广阔的应用前景