鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析

白杰

【摘要】在當前鋼箱梁橋建設(shè)的過程中，最關(guān)鍵的就是橋面鋪裝技術(shù)。而當前國內(nèi)鋼箱梁橋面鋪裝層的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在較多的問題，嚴重的影響著橋面的鋪裝質(zhì)量水平。因此在本文中對當前鋼箱梁橋面鋪裝材料的特點和鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點進行了分析，并提出了兩種新型鋼箱梁橋面鋪裝方案，通過有限元分析軟件對兩種鋪裝方案進行了分析與驗證，從而進一步保證該方案可以在實際工程中得到運用。

【關(guān)鍵詞】鋼箱梁;橋面鋪裝;結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)與鋪裝設(shè)計要點

1.1鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的特點

簡單來說，鋼箱梁橋面鋪裝不同于一般的公路瀝青路面的鋪裝，他是直接鋪設(shè)在正交異性鋼橋面板上，而正交異性鋼橋面板的柔度較大，既容易受到一些自然因素的影響，也會因自身的原因影響到鋪裝層的質(zhì)量。第二，鋼箱梁橋面鋪裝的溫度比瀝青路面的溫度高，極端最低溫度比相同地區(qū)的公路瀝青路面的鋪裝溫度更低。同時鋼板導(dǎo)熱系數(shù)較大，正交異性鋼板的晝夜溫差和季節(jié)性溫差的變化幅度比其他瀝青路面基層的變化幅度較大。第三，對大跨徑鋼箱橋梁，一般是應(yīng)用在一些大河、橫跨海峽上，經(jīng)常會遭受到強風臺風的頻繁襲擊，而一般瀝青混凝土路面是遭遇不到一些強風，臺風的頻繁襲擊。第四，正交異性鋼板面鋪裝層的受力模式與一般瀝青混凝土路面的受力模式差別較大。第五，在一些大跨徑鋼橋的建設(shè)過程中，橋面鋪裝如果出現(xiàn)了破壞將會嚴重的影響交通運輸?shù)陌踩忆佈b層的維修難度較大。

1.2鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計要點

鋼箱梁橋面鋪裝的外部環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常會受到一些臺風，地震以及雨雪天氣的影響，因而對鋪裝層材料和鋪裝結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。首先，鋪裝層厚度要符合相關(guān)的要求，當前的鋪裝層厚度設(shè)計大概分為兩類，薄型和厚型，相關(guān)設(shè)計規(guī)范規(guī)定了瀝青鋪裝層的最小厚度為60mm，最大不超過80mm，鋪裝層的厚度選擇在70-80mm最合適。第二，鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮自重，為實現(xiàn)較大的跨越能力，需要減薄鋪裝層或者是使用一些輕質(zhì)化的鋪裝層材料。從而可以減少橋梁恒載，降低工程造價。第三，鋼箱梁橋面在溫度荷載和車輛荷載的作用下會形成一定的界面抗剪強度不滿足要求，因而在設(shè)計過程中要注重對界面剪切的重視。第四，在炎熱的天氣橋面會出現(xiàn)高溫，瀝青混合料就會出現(xiàn)疲勞開裂的現(xiàn)象，因此要對鋪裝材料的高溫穩(wěn)定性進行特殊的設(shè)計，選擇適合橋面防推移粘結(jié)層的鋪裝材料，在一些溫度變化較大的季節(jié)可以有較好的抗裂性能。第五，鋼橋面板要具有較高的協(xié)調(diào)變形性能，從而能夠減少一些疲勞開裂的現(xiàn)象。

2、兩類新型的鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分析

2.1柔性鋪裝層材料結(jié)構(gòu)方案

首先是對鋼橋面板采用耐高溫性能優(yōu)異的環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠來做為粘結(jié)層，同時撒顆粒均勻的具有高強度的玄武巖碎石顆粒，進一步對界面的粗糙化進行處理。而下層材料是用30mm具有高粘度的改性瀝青，對應(yīng)的上層是40mm高粘度改性瀝青SMA13。

為了進一步的驗證柔性鋪裝層材料是否符合要求，借助有限元分析軟件ANSYS建立了三維有限元模型，對該模型中的各項材料的力學(xué)性能進行了分析與研究。從而得到了該種鋪裝層材料的橫向拉應(yīng)力、鋪裝層與鋼板層間剪應(yīng)力的理論計算值，室內(nèi)拉拔試驗等，通過對計算數(shù)值的分析，得出該種鋪裝組合材料以及結(jié)構(gòu)具有較高的界面粘結(jié)性能和抗剪性能，從而驗證了該種鋪裝結(jié)構(gòu)是可以投入使用的。該鋪裝結(jié)構(gòu)選擇了具有高粘度的改性瀝青和混雜纖維來復(fù)合制備出相關(guān)的SMA瀝青混合料，使得該鋪裝層材料具備了較高的路運性能和抗滑性能，在70C界面中該種鋪裝層材料的抗剪強度為1.42Mpa，而對應(yīng)的SMA13的性能指標為：70C的動穩(wěn)定度≥4000次/mm，-10C低溫彎曲應(yīng)變≥5X10'，浸水殘留穩(wěn)定度≥90%，凍融劈裂殘留強度比≥90%，滲水系數(shù)≤15m1/min，摩擦系數(shù)≥45BPN，從而保障了鋪裝層材料的性能，符合鋼箱梁橋面在鋪裝過程中的各項要求，該鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計方案在武漢白沙洲大橋鋼箱梁橋面鋪裝修復(fù)改造工程中得到了成功應(yīng)用。

2.2輕質(zhì)高韌混凝土剛性下面層（50mm） 結(jié)構(gòu)方案

輕質(zhì)高韌混凝土剛性下面層（50mm）鋪裝層材料在鋼橋面板上的應(yīng)用，需要布置抗剪連接件，在連接件上綁扎鋼筋網(wǎng)，在上面層，設(shè)置40mm高粘度改性瀝青SMA13，從而形成了一種新型的鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)方案。

為了進一步驗證輕質(zhì)高韌混凝土剛性下面層（50mm）鋪裝層材料方案的可行性，借助有限元分析軟件來建立關(guān)于該體系的三維有限元模型，根據(jù)分析結(jié)果，采用50mm厚輕質(zhì)混凝土下面層，采用直徑10mm、高45mm，橫向布置間距300mm，縱向布置間距400mm的剪力連接件布置方式可以滿足鋼箱梁橋面力學(xué)性能的要求。同時，如果借助纖維聚合物復(fù)合增韌技術(shù)，可以配置出相對應(yīng)的高韌性輕質(zhì)的混凝土。該鋪裝層材料的設(shè)計方案可以投入到使用中，在武漢市中環(huán)線鋼箱梁高架橋中得到了成功應(yīng)用。

結(jié)語：

總而言之，大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝是一個非常重要的工程，嚴重影響橋梁的使用壽命。而本文所提出的兩種鋪裝層材料以及對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，可以滿足大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝的要求，并得到了成功的應(yīng)用，因此可以加大對兩種鋪裝方案的推廣和使用。

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