¿Aplicación del hormigón de alta eficiencia en la ingeniería de puentes?
1. Hormigón de alta eficiencia El hormigón de alta eficiencia es un hormigón de alta calidad y durabilidad que presenta cuatro características, a saber:
Alta resistencia. El valor de resistencia estándar del cubo de 15 mm es superior a 60 MPa y alta durabilidad. Tiene buena densidad, buena impermeabilidad, fuerte resistencia a la carbonización, alta resistencia a la corrosión y su vida útil es más larga que el período de referencia de diseño;
Alta estabilidad de volumen. El hormigón tiene alta tecnología de deformación por fluencia y deformación por contracción; En términos generales, el hormigón de alto rendimiento es el hormigón que puede cumplir mejor con los requisitos funcionales y los requisitos del proceso de construcción de la estructura, extendiendo así la vida útil de la estructura de hormigón y reduciendo el costo del proyecto.
2. Aplicación y desarrollo de hormigón de alta eficiencia
Durante muchos años, se ha utilizado hormigón de 40 ~ 50 MPa en el campo de los puentes de hormigón pretensado. La resistencia real en 28 días suele superar los 50 MPa. Dado que el hormigón de alta eficiencia tiene mayor resistencia, mayor módulo elástico, mayor resistencia a la tracción, menor fluencia y mejor durabilidad, las vigas de hormigón de alta resistencia tienen una tensión inicial menor en comparación con las vigas de hormigón ordinarias, una mayor resistencia a la tracción permitida y una menor pérdida de pretensado. cambio de inclinación más pequeño y vida útil más larga. En los últimos años, países de todo el mundo han desarrollado un gran interés en el hormigón de alta eficiencia y han comenzado a aplicarlo a la práctica de puentes.
El hormigón de alta eficiencia se ha utilizado en puentes a nivel internacional durante casi diez años. Ejemplos típicos de ingeniería son un puente continuo de acero con una luz de 220 metros en Noruega y un gran puente de cinturón en Dinamarca. Las torres del puente, las vigas principales pretensadas y las secciones del túnel pretensadas están hechas de hormigón de alta resistencia con una resistencia de 50 ~ 60 N/mm2. En Canadá, más de 65.438+000 puentes utilizan hormigón de alta eficiencia. Por ejemplo, el puente que cruza el mar del Estrecho de Northumberland que conecta la Isla del Príncipe Eduardo y Nuevo Brunswick tiene 8 millas de largo, está hecho de hormigón de alta resistencia y tiene un tramo principal de 250 m. En 1993, la Administración de Carreteras de EE. UU. comenzó a investigar sobre alta eficiencia. Puentes de hormigón pretensado. El puente SanAngelo en Texas es uno de los proyectos de investigación. La característica especial de este puente es que los lados este y oeste utilizan vigas de hormigón de alta eficiencia con una resistencia de 70 ~ 100 N/mm2 y vigas de hormigón convencionales con una resistencia de 35 ~ 40 N/mm2 para comparar los costos de diferentes hormigones. . En comparación, una viga con una luz de hormigón convencional de 37 m puede alcanzar una luz de 44 m utilizando hormigón de alta eficiencia. Debido a la alta resistencia del hormigón de alta eficiencia, se puede aumentar la luz o reducir la altura de la viga mientras la luz permanece sin cambios. Además, el hormigón de alta eficiencia tiene una gran impermeabilidad, por lo que la penetración de iones de cloruro se puede reducir a la mitad, mejorando así la durabilidad de la estructura. La aplicación de hormigón de alta eficiencia en estructuras de puentes tiene efectos evidentes.
La Administración Federal de Carreteras (FHWA) ha optimizado el diseño de vigas de hormigón pretensado ordinarias. Con base en el análisis de los cambios en los intereses de los usuarios del fondo, se recomienda adoptar la viga en T como estándar nacional para vigas pretensadas.
La primera parte es para vigas de luz inferior a 27,4m. La condición de control para este tipo de vigas es el pretensado inicial en la etapa de pretensado. Debido al largo tiempo de acción de la carga muerta en la etapa de pretensado, no tiene importancia práctica utilizar hormigón de arco alto para este tramo. La segunda parte tiene una luz de 27,4 ~ 30,5 m, una resistencia del hormigón de 465, 438+0 ~ 55 MPa, una luz de 27,4 ~ 33,5 m y una resistencia del hormigón de ≥55MPa. Gracias al uso de hormigón de alta resistencia, se puede aumentar la separación entre vigas. Dentro de este rango, existe un equilibrio entre los ahorros derivados del aumento del espaciamiento entre vigas y el aumento del costo unitario de la plataforma. La tercera parte trata sobre el caso en el que la luz es superior a 30,5 my la resistencia del hormigón es de 41 ~ 55 MPa. La luz es superior a 33,5 my la resistencia del hormigón es superior a 55 MPa. Este rango representa el beneficio óptimo del hormigón de alta resistencia en la sección analizada.
① A medida que aumenta la resistencia de las vigas de hormigón, la curva de coste óptimo se desplaza hacia la derecha. Esto significa que la luz de la viga aumenta sin aumentar el costo unitario; (2) Cuando la resistencia del concreto de la viga excede los 69 MPa, la eficiencia disminuye. Cuando se utiliza hormigón de alta resistencia para luces pequeñas, no se obtiene ningún beneficio evidente.
En la actualidad existen novedades en el hormigón de alta eficiencia. La pasarela utiliza hormigón con una resistencia de 120 N/mm2 y no requiere compactación mecánica. En Canadá se construyó un puente peatonal con hormigón reforzado con fibra con una resistencia de 200 Newtons/mm².
En mi país, en los últimos cinco años, el hormigón de alta eficiencia (grado ≥C60) se ha utilizado cada vez más en proyectos de puentes. Algunos puentes de carreteras sobre los ríos Yangtze y Amarillo han utilizado con éxito el hormigón número 60. La investigación científica sobre el hormigón de alta eficiencia ha arrojado resultados gratificantes. Por ejemplo, la Oficina de Carreteras de la ciudad de Jiaozuo, provincia de Henan y Haiwei Engineering Consulting Co., Ltd. han llevado a cabo una investigación en profundidad sobre la aplicación de hormigón pretensado de alta resistencia y alta eficiencia en la ingeniería de puentes.
En comparación con los tableros huecos de PC comunes, los tableros huecos de concreto de alto rendimiento pueden ahorrar más del 35 % de concreto, más del 15 % de bisagras de acero y el 20 % de los costos de material en el rango de luz de 16 ~ 30 m. Por lo tanto, los beneficios económicos del uso de pozos de concreto de alto rendimiento para optimizar el diseño de losas huecas ampliamente utilizadas en proyectos de carreteras y puentes son considerables.
3. Condiciones restrictivas Para desempeñar el papel de hormigón de alta eficiencia, se requiere un fuerte pretensado.
Por lo tanto, se deben seleccionar cordones de acero de alta resistencia y baja relajación. Es más ventajoso utilizar cordones de acero de 2070 MPa (grado 300) que cordones de acero de 1860 MPa (grado 270).
El tamaño de la sección transversal es principalmente la selección del tamaño del reborde inferior (forma de herradura). Aumentar el tamaño del ala inferior puede acomodar más tendones de acero, lo que aumentará el volumen y el peso correspondiente del concreto. Sin embargo, cuando la resistencia del concreto excede los 55 MPa, mostrará una mejor relación costo-beneficio.
Las especificaciones, el espaciamiento y la resistencia de los cordones de acero tienen un cierto impacto en la eficiencia del hormigón de alta resistencia. En términos generales, cuanto mayor sea el diámetro del cordón de acero (15,2 mm), menor será el espacio entre los cordones de acero y más obvio será el beneficio.
Debido a las condiciones del tráfico, el costo aumentará cuando la luz de la viga sea mayor.
Cuatro. Conclusiones y sugerencias
(1) La altura de la sección transversal de las losas de vigas de hormigón de alta eficiencia se puede reducir, por lo que la inversión del proyecto es menor, lo cual es de gran importancia para la nueva construcción y reconstrucción de puentes.
(2) El uso de hormigón de alta eficiencia reduce la cantidad de material utilizado, lo que es muy beneficioso para proteger los recursos naturales, reducir la contaminación ambiental y proteger el medio ambiente.
(3) En un futuro próximo, deberíamos centrarnos en la producción de hormigón con una resistencia de 60 MPa. Para la sección existente del cordón de acero de grado 270 con un diámetro de 12,7 mm y una capa protectora de 50 mm, el uso de hormigón 70MP4 puede aumentar la luz de la viga y la placa, haciendo que la estructura sea más económica. Para vigas con luces mayores, al menos el departamento de carreteras debería adoptar una resistencia a la compresión de 50 MPa. De hecho, muchas vigas prefabricadas han alcanzado este nivel.
(4) Antes de la aplicación exitosa de concreto con una resistencia superior a 70 MPa, la longitud de transmisión de fuerza, la deflexión, la estabilidad lateral y las características dinámicas de la viga, la pérdida de pretensado, la resistencia al corte, la vida útil de diseño y el tablero del puente. Se debe realizar una investigación sistemática.
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