桥面连续结构（共7篇）
桥面连续结构 篇1
经过多年的研究发展,拉索支撑扁平流线型钢箱梁桥面铺装结构体系的研究已取得了丰富的设计与施工经验,形成了“4种铺装材料、2类铺装结构”的格局。“4种铺装材料”分别指改性密级配沥青混合料、浇注式沥青混合料、SMA混凝土与环氧沥青混合料;“2类铺装结构”则是指单层铺装体系与双层铺装体系,包括同质双层与异质双层2种。然而,连续钢箱梁桥与拉索支撑扁平流线型钢箱梁桥相比跨径较小而刚度较大,拉索支撑扁平流线型钢箱梁桥面铺装结构与材料研究成果不完全适用于连续钢箱梁桥面铺装。主要表现如下。
1)浇注式沥青混合料用作钢箱梁桥面铺装结构保护层技术上可行,但用于跨径相对小的连续钢箱梁桥面铺装经济上不合理,且施工需要全套专用设备。
2)环氧沥青混合料相关技术资料多属专利产品,经济成本与施工要求太高,不适用于跨径相对小的连续钢箱梁桥面铺装。
3)国内SMA混凝土用于钢箱梁桥面铺装成功的实例较少,需对SMA混凝土铺装结构与材料进行改造,研究出适合钢箱梁桥面SMA混凝土铺装技术。
因此,应深入开展连续钢箱梁正交异性钢桥面铺装技术研究,寻求适合连续钢箱梁桥的新型桥面铺装材料及铺装结构。
1 连续钢箱梁桥面铺装结构设计
南通市地处我国长江下游,经济较为发达,重载车辆多且夏季温度高,因此,为保证铺装结构良好的使用性能,兼顾材料的高温与低温性能,采用双层铺装结构。连续钢箱梁桥面铺装结构示意见图1。
1)根据钢桥面铺装结构特点和使用性能要求,采用热压沥青混合料(HRA-13)与SMA-13的铺装结构组合,充分发挥铺装结构各层材料与结构的主要功能,较好地适应当地的气候环境条件和重载交通作用。
2)为减少连续钢箱梁桥面铺装出现推移等早期病害,采用环氧沥青碎石黏结层,有效加强铺装层与钢板间的粘结与剪切性能。由于黏结层材料优良的拉拔与剪切性能,可有效防止桥面铺装出现剪切推移病害。
3)热压沥青混合料(HRA)性能类似于浇注式沥青混合料,介于浇注式沥青混合料和SMA之间,不仅具有密实性、水稳定性、高温稳定性和柔韧性好等优点,而且与钢桥面板黏结性能优于SMA(点接触),加之黏结防水层环氧沥青碎石封层中的碎石嵌入了热压沥青混合料(HRA),可以提高保护层与正交异性钢桥面板之间的摩阻力,并且解决了钢桥面铺装推移的病害。
4)通过改善热压沥青混合料(HRA)矿料级配并采用高黏度沥青,可以使热压沥青混合料(HRA)抗车辙性能大幅提高,明显优于浇注式沥青混合料,用于钢桥面铺装结构保护层技术可行、经济较为合理。
5)高黏度沥青SMA铺装层不仅具有密实性、抗疲劳性、水稳定性、高温稳定性和柔韧性好,而且具有优良的平整度、抗滑及耐磨性能,用于钢桥面铺装结构面层完全可以满足使用性能要求。
2 连续钢箱梁桥面铺装结构层厚度设计
通过对广东虎门大桥、汕头礐石大桥、厦门海沧大桥、武汉白沙洲大桥、安庆长江大桥等铺装结构调研,结果表明双层铺装结构厚度均在50～80 mm;美国钢桥面铺装应用环氧沥青混合料最多,双层铺装厚度在50 mm左右;而日本则根据桥面铺装的调查结果,规定铺装层最小厚度为60 mm以避免由于厚度不足引发铺装损坏,最大厚度为80 mm以尽可能降低桥面恒载[1]。因此,研究决定九圩港大桥桥面铺装结构厚度采用60 mm。根据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求,结构层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5～3.0倍,以便获得良好的使用性能,故研究决定保护层HRA-13和面层SMA-13的厚度均取30 mm。以下对该结构层厚度进行力学验证。
2.1 连续钢箱梁桥面铺装结构力学分析模型
沥青混合料铺装层的开裂破坏主要与钢桥面板的局部变形有关[2],将沥青混合料铺装层与正交异性钢桥面板作为一个模型进行分析。假定沥青混合料铺装层和桥面钢板都是均匀、连续、各向同性材料,那么计算采用的正交异性钢桥面板铺装体系模型见图2。
所取正交异性板体系中钢板宽8.4 m(含14个梯形加劲肋),板长7.5 m(3个横隔板间距2.5 m,厚度12 mm)。钢板、梯形加劲肋、横隔板均采用16Mnq钢材,其弹性模量为210 000 MPa,泊松比为0.3。钢板厚度为16 mm,梯形加劲肋的尺寸为300 mm×184 mm×260 mm,厚度为8 mm。施加荷载采用作用面为0.46 m×0.2 m,均布荷载为0.707 MPa。
采用ANSYS通用有限元软件APDL语言建立钢桥面铺装参数化模型(见图3)。图3中保护层HRA-13和面层SMA-13厚度均为30 mm,模量分别为1 050 MPa和1 400 MPa。
2.2 计算结果分析
经计算,考虑3种荷载条件下的最不利情况,铺装层表面最大横向拉应力为0.58 MPa,铺装层表面最大横向拉应变为440 με,钢板与铺装层间最大横向剪应力为0.58 MPa。
根据连续钢箱梁轴载换算公式、复合结构有限元计算结果和疲劳试验结果建立的疲劳方程以及累计当量轴载作用次数1 250万次,可知铺装层表面容许拉应变为499.3 με,钢板与铺装层间容许剪应力为0.594 MPa。可知该铺装结构层厚度满足设计要求。
3 连续钢箱梁桥面铺装结构层材料设计
3.1 环氧沥青黏结层设计
力学计算结果表明,沥青混合料保护层与正交异性钢桥面板之间的最大剪应力达到0.58 MPa,考虑到动力响应放大系数1.5及疲劳衰减系数,要求沥青混合料保护层与正交异性钢桥面板之间的抗剪强度≥1.5 MPa。同时,对某国产环氧沥青开展性能试验,提出保护层与钢桥面板之间黏结层用环氧沥青的技术要求(见表1)。
3.2 高黏度改性沥青
钢桥面铺装沥青混合料面层应与正交异性钢桥面板变形相协调,且应具有良好的密实性、高温稳定性、低温柔韧性和水稳定性等,因此应采用性能良好的高黏度改性沥青作为胶结料,其性能测试结果如表2所示。
3.3 混合料级配与性能要求
本研究在借鉴英国嵌入式抗滑表层矿料级配范围[3]、浇注式沥青混合料和南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混合料铺装等的矿料级配范围的基础之上,初拟了保护层热压沥青混合料(HRA-13)的矿料级配范围,并选取包括上限、下限在内的6条矿料级配进行试验。通过稳定度和动稳定度与各筛孔的质量通过百分率进行多元线性回归分析,得出了HRA-13的级配范围。
钢桥面铺装结构面层高黏度沥青SMA-13的矿料级配范围,采用JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中提供的SMA-13矿料级配范围。保护层高黏度沥青HRA-13和面层高黏度沥青SMA-13矿料级配范围如表3所示。
热压沥青混合料HRA-13和SMA-13混合料的性能需满足表4中的技术要求。
3.4 复合结构性能要求
钢桥面铺装复合结构技术指标主要有动稳定度DS、低温弯曲应变ε、BZZ-100作用次数及变形协调性。南通市九圩港大桥连续钢箱梁桥面铺装结构组合应满足表5的要求。
4 结语
南通市九圩港大桥连续钢箱梁桥面铺装工程开展连续钢箱梁桥面铺装结构体系研究,提出“环氧沥青碎石黏结层+30 mm高黏度改性沥青HRA-13+改性乳化沥青黏结层 + 30 mm高黏度改性沥青SMA-13”铺装结构,并对连续钢箱梁桥面铺装结构用材料进行了设计,九圩港大桥连续钢桥面铺装获得了成功。通车3 a以来,桥面铺装未发生任何病害,使用性能优良,初步验证了该铺装结构体系的可行性和适用性,进一步的跟踪观测正在进行中。
参考文献
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桥面连续结构 篇2
桥面连续构造通常处于主梁变形最大的位置,包括主梁端部转动和主梁梁体的伸缩变化,并且容易受到相邻两跨由于橡胶支座弹性压缩不同步而产生的错动变形影响,因此具有复杂的受力行为,在桥梁运营过程中极易受到破坏,桥面连续构造的破坏将直接导致桥面铺装层的开裂,影响行车安全[7,8,9,10]。
1 桥面连续构造的主要受力形式
桥面连续构造通常处于复杂的受力状态,主要是长期受到弯拉或弯折的作用影响,特别是由于主梁端部转动和主梁梁体的伸缩变化而引起的弯曲应力,对桥面连续构造具有显著的影响。因此,为了使得桥面连续构造处于一个合理的受力状态,就必须尽量减小由主梁变化所引起的弯曲应力。弯曲应力的大小又与桥面连续构造的结构形式和采用的材料有密切关系,必须综合考虑各方面的因素。要减小主梁梁端处桥面连续构造层内所产生的最大应力,首先应控制桥面连续构造层的厚度,这个厚度不宜过小,如果厚度过小,对于混凝土层是不合理的,混凝土本身容易产生破坏。但是这个厚度也不宜过大,如果厚度过大,会使得桥面连续构造层中的钢筋无法发挥作用,受力效果不理想。因此,通常状态下,桥面连续构造厚度可控制为6-8cm,局部可以为12cm。另外,也可以通过限制主梁梁端的转动,减小桥面连续构造承受的弯曲应力,将其受力情况由受弯变化为只承受拉应力。同时,也可以改变桥面连续构造层材料的性质,比如选择一些变形能力较强,弹性模量较低的材料作为跨缝材料,以减小跨缝结构所承受的应力。但是无论采取何种措施来改善桥面连续构造,对于钢筋混凝土结构来说,桥面连续构造均可能处于带裂缝工作状态。
2 桥面连续构造加固的主要形式
由于桥面连续构造具有较大的变形和较大的伸缩,因此通常处于复杂的应力状态之中,在桥梁运营过程中极易受到破坏,必须重点加强该部位,以保证行车安全。目前,进行桥面连续构造加固的措施多种多样,归纳起来,主要有以下几种方法应用较为广泛。
2.1 柔性纤维混凝土加固
采用柔性纤维混凝土加固的方法是,首先在主梁左右梁端接缝各30cm范围内的桥面连续部分采用柔性纤维混凝土浇筑,柔性纤维混凝土可以改善混凝土的各项力学性能,包括抗裂性能、抗收缩性能、抗冲击性能和耐久性能等。
在施工过程中,柔性纤维通常采用聚丙烯腈纤维。聚丙烯腈纤维可以作为混凝土的次要加筋材料添加在混凝土中,这样可以明显地改善混凝土的抗裂性能以及抗冲击性能。在混凝土硬化前,聚丙烯腈纤维可以增强混凝土性能,有效阻止混凝土潜在裂缝的产生与发展,改善混凝土的连续均匀性。在混凝土硬化后,聚丙烯腈纤维同样可以控制混凝土的后期收缩开裂,显著提高混凝土的抗变形能力,包括混凝土的冲击韧性和抗弯韧性等,进而提高混凝土的抗渗性、抗冻性以及耐久性能等。
2.2 低弹模的改性环氧混凝土加固
改性环氧混凝土具有足够的强度和较低的弹性模量,该材料可以作为桥面连续构造的跨缝材料。改性环氧混凝土通常采用树脂混凝土,以聚合物材料作为胶结材料,聚合物胶结料具有较高的抗拉强度和较低的弹性模量,因此,树脂混凝土具有较高的折压比。在工程时间中,选用环氧树脂作为胶结材料有多方面的原因,主要基于环氧树脂具有较强的粘结能力,具有较高的物理力学性能以及较高的耐腐、耐酸和耐老化等性能。常规的环氧混凝土具有强度高、脆性大等特点,而改性环氧混凝土不仅具有足够的强度,同时具有弹性模量较低和韧性较好等特点,从而能够更好地适应桥面连续构造变形的需要。
改性环氧混凝土的施工方法是将特制的改性环氧树脂作为胶结材料,按一定的配合比与混凝土搅拌而成,通常改性环氧树脂的重量占骨料总重量的10%左右。
2.3 顶面粘贴玻璃纤维布加固
采用玻璃纤维布加固通常是将一层玻璃纤维布粘贴于桥面连续构造层的混凝土顶面,宽度通常为50cm左右。玻璃纤维布具有强度高,延性好,抗冲击性能强等特点,且玻璃纤维布的材料线膨胀系数、弹性模量等材料参数与普通混凝土都较为接近,两者可以很好的结合在一起工作。因此,可以较为有效的限制混凝土裂缝的出现与发展,并减少裂缝对混凝土桥面铺装层的反射,改善桥面连续构造的使用性能。
2.4 跨缝钢筋网加固
相关研究表明,桥面连续构造在车辆荷载作用下,主梁梁端跨缝结构的受力较为严重,因此,为了改善该部位的受力性能,可以在原有设计的基础上,适当加大钢筋的用量,在翼缘板部分增强跨缝连接钢筋的直径和长度,并将其与主梁翼缘板内的纵向钢筋焊接成骨架,这样就能显著改善桥面连续构造的受力性能。
3 桥面连续构造的仿真分析
桥面连续构造一般是在主梁调平层施工完后才进行施工,因此,水泥混凝土调平层不对桥面连续构造起作用。在有限元仿真分析中,只需考虑沥青混凝土铺装层的重量、汽车活载、汽车制动力以及环境温度的变化对桥面连续结构的影响。
3.1 线性分析结果
所谓的线性分析就是在没考虑材料的应力随应变变化的基础上,对材料性能的模拟仅使用了材料的弹性模量,并未进行材料的屈服与破坏应力的判别。
简支梁桥桥面连续构造在沥青混凝土铺装层的重量、活载以及温度作用下,其最大拉应力集中均位于桥面连续缝处。在汽车制动力作用下,其最大拉应力主要集中在制动力的作用点处,线性分析的结果对结构的最大拉应力只能作出定性的判断,但却不能作为工程实际的定量分析的依据。
3.2 非线性分析结果
所谓的非线性分析就是在考虑混凝土的应力随应变变化的基础上,对材料性能的模拟不仅要设置混凝土的弹性模量,而且还要输入混凝土相应的张开裂缝的剪切传递系数、闭合裂缝的剪切传递系数、单轴抗拉强度、单轴抗压强度,以便进行材料的屈服与破坏应力的判别。桥面连续构造在各种荷载作用下的非线性分析的结果中,其最大挠度都比线性分析的结果大,而桥面连续缝处的混凝土的最大拉应力都大大的减小。
4 结论
在分别对改善前的“普通混凝土”桥面连续构造以及改善后的“低弹模的改性环氧混凝土”桥面连续构造、在负弯矩区贴“玻璃纤维布”的桥面连续构造进行了较详细的线性分析和考虑材料本构关系的非线性分析后,不难看出改善后的桥面连续构造均有效的抑制了裂缝的开展或限制了裂缝的发展区域,改善后的桥面连续构造可以满足结构安全的需要。
摘要：本文以实际工程为基础,分析了简支梁桥桥面连续构造主要受力形式,对常用的桥面连续构造加固措施进行了归纳与总结,阐述了各种方法的原理,最后基于工程实践,利用有限元软件对桥面连续构造进行了仿真分析,得出了一些有用的价值,可以用来指导工程实践。
超宽桥面连续梁拱组合式桥梁设计 篇3
连续梁拱组合式桥梁使梁与拱在受力方面的优点得以充分发挥, 具有结构轻巧、外形美观、对地基要求低、适应性强、施工工艺简单等优点, 是一种很有发展潜力的桥型, 目前在我国南方地区得到了广泛的应用。但随着城市桥梁的加宽, 加上为减少行车压抑感而采用无风撑的敞开桥, 使其宽跨比较大, 荷载的横向分布较为复杂, 其相应的结构布置、构造、设计方法及施工工艺均有特殊的要求, 因此对该类桥梁深入研究是非常必要的。本文以福建莆田妈祖城贤良路2号桥 (50+99+50) m三跨连续梁拱组合式桥梁为背景, 介绍了该桥的结构布置和特殊的构造处理, 总结了该类桥型的设计体会和设计要点。
1工程简介
福建妈祖城规划桥梁共有五座, 该桥梁工程位于妈祖城核心区域规划贤良路上, 规划水域宽度约180 m, 通航水位为2.0 m, 航道净高4 m, 净宽22 m, 桥型设计时应在满足交通功能前提下, 以桥梁与城市、自然生态环境相互融合为原则, 建设水上观景节点为目标, 最终桥型采用 (50+99+50) m三跨连续梁拱组合式桥梁, 中央设置3.5 m宽拱肋布置区用于布置单片拱肋, 桥梁总宽为36.0 m, 见图1。
2结构设计
上部结构主梁采用等高度三向预应力钢筋混凝土整体式箱梁, 箱梁截面为单箱五室斜腹板断面, 箱梁中线处高2.75 m, 宽度为36 m, 顶板两侧设置1.5%横坡, 底板为平坡。两侧悬臂长4.0 m, 悬臂端部高20 cm, 根部高55 cm;箱梁顶板厚30 cm, 底板厚25 cm, 中墩墩顶处底板加厚为40 cm;腹板厚50 cm, 墩顶处加厚为80 cm。中跨横隔板每5 m设置一道, 与吊杆相对应, 厚度为50 cm, 吊杆位置加厚为80 cm。桥台处横梁宽度1.5 m, 中墩处横梁宽度2.5 m。拱肋采用单片拱肋, 设置于桥梁中央, 拱肋断面形式为2 800 mm (宽) ×1 500 mm (高) 矩形截面, 四周设置半径500 mm的倒圆角, 壁厚25 mm。拱肋计算跨径为99 m, 矢跨比为1/4.5。拱肋内均填充C50微膨胀混凝土, 并设置纵向加劲肋和横隔板。吊杆纵桥向间距为5.0 m, 采用91ϕ7高强度镀锌钢丝, 外包PE制成, 下端2.5 m范围加设不锈钢套管, 全桥共17对, 最短吊杆自由长度约为5.20 m。
下部主墩每支座下设置钢筋混凝土实心墩, 中间和两侧桥墩截面尺寸分别为4.5 m (横桥向) ×3.0 m (顺桥向) 和2.0 m (横桥向) ×2.0 m (顺桥向) , 承台尺寸分别为11.6 m (横桥向) ×7.4 m (顺桥向) ×4.0 m (高) 和3.2 m (横桥向) ×7.4 m (顺桥向) ×2.5 m (高) , 中间采用系梁相连, 系梁为2.5×2.5矩形截面;基础采用钻孔灌注桩, 中间和两侧桥墩桩基分别采用6根和2根ϕ200 cm的钻孔灌注桩。桥台采用肋式桥台, 共5片肋板, 肋板厚1.0 m, 上缘宽2.3 m, 下缘宽3.4 m;肋板下接承台和钻孔灌注桩基础, 承台尺寸为2.2 m (横桥向) ×5.0 m (顺桥向) ×2.0 m (高) , 每肋下顺桥向设置2根ϕ120 cm的钻孔灌注桩;肋板上接2.0 m高盖梁。
3设计要点
1) 为了满足景观要求, 减少行车道的压抑感, 本桥在36 m超宽的桥面上仅采用单片拱肋, 其宽跨比较大, 荷载的横向分布与上部结构尺寸有关, 其受力特点有别于普通窄桥, 所以必须对其进行专门的荷载横向分布和稳定性分析, 不能盲目地借鉴于普通窄桥的相关结论, 目前只能借助空间有限元法来计算[1,2]。
2) 本桥为了提高横向面外稳定性, 采用了整体箱梁和扁平矩形截面拱肋, 上部结构采用了连续梁拱组合式桥梁中较常用的刚性系梁刚性拱肋结构[3,4]。
3) 由于拱梁的刚度比直接影响着拱梁分担荷载比以及结构的横、纵向荷载分布, 因此应作为重点设计参数专门研究;而其余设计参数如边中跨比值、矢跨比、拱肋截面的高宽比等设计参数可采用常规值[5]。
4) 由于吊杆的张拉力将引起连续梁拱组合体系整个结构的内力重分布, 为了最终达到较为理想和合理的成桥内力状态及线形要求, 采用以能量最小为目标结合结构状态参数约束范围的非线性规划方法来考虑成型内力优化, 以线形偏差最小为目标及附带线形调整约束条件的线性优化方法来考虑成型线形优化, 经过多次试算和迭代, 便能形成一种较为合理的成桥状态[6]。
5) 拱脚处的节点处理、箱梁预应力的张拉调整、支座构造以及施工顺序等均是该类桥梁的技术关键。
4结构计算
本桥计算采用梁格理论建立全桥空间结构模型, 整体箱梁按照腹板和横隔板位置离散为纵梁和横梁, 拱肋、纵、横梁均为空间梁单元, 柔性吊杆视为没有抗弯刚度的桁架单元;不计入桥面系的刚度, 只计入其自重;边界条件根据实际支座类型确定采用;荷载计入自重、桥面系自重、预应力、收缩徐变等恒载及人群、城A、风载和温度等活载;施工顺序采用先梁后拱, 满堂支架施工方法, 计算模型见图2。
空间稳定性分析中, 其前三阶均为拱肋平面外失稳, 安全稳定系数分别为:K1=10.3, K2=10.9, K3=20.6, 均大于4。可见, 该桥的失稳形态主要为拱肋横向平面外失稳, 横向面外稳定性比较差, 采用整体式箱梁和扁宽的拱肋等构造措施对保证横向平面外稳定性是必要和有效的。
成桥状态和正常使用状态下最不利组合 (恒载+预应力+汽车荷载+人群荷载+基础沉降+收缩、徐变+温度力) 下箱梁和拱肋正截面未出现拉应力, 最大压应力分别为14.5 MPa和178 MPa;吊杆最大索力为1 765 kN, 安全系数为3.3;预应力钢束最大拉应力为1 206 MPa<1 209 MPa;桥梁在活载作用下, 考虑作用长期效应影响后最大挠度为1.412 5× (6.8+2.5) =13.1 mm<L/600=83 mm, 均满足现行规范要求。承载能力极限状态抗弯和抗剪均满足现行规范要求。
5重要设计参数分析
拱梁分担荷载比对结构的横、纵向荷载分布影响分析中, 为取得同等的比较条件, 在以下比较中作如下规定:
1) 拱肋截面相同, 吊杆索力取为本桥采用索力, 道路中心线处箱梁高度分别取2.50 m, 2.75 m (本桥采用) 和3.0 m以得到不同的拱梁刚度比和拱梁分担荷载比, 来确定最优的箱梁高度;
2) 拱肋和箱梁截面取本桥采用截面, 吊杆索力采用2 200 kN～3 000 kN (一级200 kN) 逐级索力以得到不同的拱梁分担荷载比, 来确定最优的吊杆索力;
3) 吊杆布置间距、箱梁配筋、荷载标准相同 (仅计入恒载、人群和城A直接活载) 和施工顺序相同。
从计算结果可以看出, 纵梁的内力值随着拱梁刚度比增大而线性增大, 而拱肋和横梁的内力随着拱梁刚度比增大而线性减小, 但拱梁刚度比的变化对纵梁内力影响较大, 对拱肋和横梁内力影响较小。因此对于箱梁来说, 梁高按横向受力控制, 本桥的设计梁高即根据横向受力需要确定为道路中心线处2.75 m。
从计算结果可以看出, 纵梁的内力和位移值随着吊杆索力的增大而线性减小, 而拱肋内力、拱肋位移和横梁的内力随着吊杆索力的增大而线性增大, 但吊杆索力的变化对纵梁、拱肋和横梁内力影响均较小, 仅对纵梁位移影响较大。吊杆索力的变化对纵梁、拱肋和横梁内力影响均较小的主要原因是因为箱梁本身承担了绝大部分恒载, 而拱肋和吊杆仅用来承担活载和小部分恒载, 因此本桥吊杆的索力最终按照承担30%恒载和100%活载以及拱肋和箱梁成桥位移协调两综合因素共同确定。
6结语
通过计算分析, 现将超宽桥面连续梁拱组合式桥梁桥型的结构设计要点总结如下:
1) 为了满足景观要求, 减少行车道的压抑感, 在超宽桥面上采用单片拱肋连续梁拱组合式桥梁结构, 可以得到较好的经济和景观效益。
2) 在超宽桥面上采用单片拱肋连续梁拱组合式桥梁结构, 失稳形态主要为拱肋横向平面外失稳, 采用整体式箱梁和扁宽的拱肋等构造措施对保证横向平面外稳定性是必要和有效的。
3) 箱梁高度的变化引起的拱梁刚度比的变化对纵梁的内力影响较大, 对拱肋和横梁的内力影响较小, 箱梁高度应按横向受力控制设计。
4) 吊杆索力的变化引起的拱梁分担荷载比的变化对纵梁、拱肋和横梁内力影响均较小, 主要是由于梁体本身承担了绝大部分恒载, 吊杆的索力应按照承担部分恒载和全部活载以及拱肋和箱梁成桥位移协调等综合因素共同确定。
参考文献
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桥面连续结构 篇4
组合梁桥是指用剪力键将钢板梁、钢箱梁等构件和钢筋混凝土桥面构件结合在一起形成组合截面的一种复合式结构。组合梁桥采用最多的是简支梁桥, 因为简支梁上部受压、下部受拉, 与组合梁的材料分布相适应[1]。由于连续梁较简支梁具有结构静动力刚度大、行车舒适性高的优点, 随着技术的发展, 组合梁的使用也逐渐拓展到连续梁桥。由于连续梁桥不可避免的存在相当大的负弯矩, 控制混凝土桥面板的开裂是设计的重点之一[2,3,4]。国内学者邵长宇[5]、王燕[6]等人采用了施加预应力、支点升降等抗裂措施, 取得了良好的抗裂效果。
本文以温州市下斜河大桥为工程背景, 进一步定量分析了影响桥面板开裂的各种因素, 在此基础上评估各种抗裂措施的实施效果。
1 工程背景
温州市六虹桥路延伸段是温州市西部重要的一条城市主干道。由于西部瓯海新城的快速开发, 并逐渐投入使用, 六虹桥路延伸段的建设也变得日趋紧迫。为满足建设单位一年完成设计施工的任务要求, 作为工程的重要控制性节点的下斜河大桥, 在设计过程中经多方比选, 采用了三跨变截面钢—混组合梁的方案, 在施工速度和工程造价等方面取得了平衡。
2 桥梁总体结构设计
桥梁所跨越的下斜河为温州市准七级航道, 规划道路红线和河道交界仅为26°, 为减少主跨跨径, 桥梁横向采用左右幅分离式错孔布置。左幅桥为2×30 m简支小箱梁+ (44.4+69.8+44.4) m钢混组合梁+2×30 m简支小箱梁, 右幅桥为1×30 m简支小箱梁+ (45.725+72.256+45.725) m钢混组合梁+3×30 m简支小箱梁。钢混组合梁单幅宽度为12.5 m, 人行道宽2.5 m, 车行道宽9.5 m, 防撞护栏宽0.5 m。设计荷载为城—B汽车荷载、3.45 k N/m2人群荷载。
主桥组合梁采用双箱单室结构, 钢梁断面采用槽形断面, 混凝土桥面板厚度为35 cm。中支点处梁高3.5 m, 中跨跨中和边支点处梁高2.395 m, 梁高延梁长按二次抛物线布置。中支点处钢梁底板厚30 mm, 钢梁顶板厚30 mm, 腹板厚25 mm。边支点和中跨跨中处钢梁底板厚25 mm, 钢梁顶板厚30 mm, 腹板厚20 mm (见图1~图3) 。
3 混凝土拉应力产生的因素分析
1) 钢—混组合连续梁由于其结构的特性, 中支点处在自重和活荷载的作用下截面上部自然地出现拉应力, 这是结构规律使然。
2) 由于混凝土材料存在收缩徐变的特性, 而钢材并无上述特性, 当混凝土发生收缩徐变的时候, 钢材对混凝土产生约束, 类似于温度梯度的作用, 组合截面也会产生相应的自应力和次应力。这部分作用产生的拉应力占有相当大的比例。
3) 温度梯度和不均匀沉降等可变作用的影响。
各个工况对中支点桥面混凝土产生的拉应力如表1所示。
由表1可知, 由于施工工序的影响, 中支点混凝土桥面板并不承受结构 (钢梁和混凝土桥面板) 自重, 仅承受二期恒载、活荷载等后期作用, 一定程度也已大大减少混凝土桥面板的受力。在各种后期作用中, 影响最大的是收缩徐变, 占到了所有影响因素之和的41%。而其他各种因素产生的拉应力, 是由桥梁总体结构布置决定的, 在设计中已经难以减少。
4 桥梁负弯矩段桥面板抗裂措施
1) 控制混凝土开裂最有效和常规的方法即是施加预应力。本工程采用了三种方法给混凝土桥面板 (特别是中支点桥面板) 施加预应力, 分别是:a.张拉体内预应力钢束;b.中支点临时顶升;c.跨中位置临时堆载。其中2点~3点的做法其原理类似, 即是利用钢材料的弹性变形的能力, 在中支点混凝土尚未浇筑时, 先施加一个能使中支点产生负弯矩的临时荷载;在中支点混凝土浇筑并达到强度后, 再卸载该临时荷载, 此时即相当于给此处施加正弯矩, 从而给混凝土桥面板提供了预压力;d.通过调整桥面板浇筑顺序, 使负弯矩段的桥面板混凝土后期浇筑, 避免负弯矩段桥面混凝土过早的承受结构重力产生负弯矩。本工程综合使用了上述四种抗裂措施。
本工程施工顺序如下:
阶段一:钢梁架设完毕后, 浇筑边跨和中跨跨中位置处的混凝土桥面板和中支点底板处混凝土, 混凝土达到强度后, 在桥面板上施加100 k N/m的临时堆载, 并将中支点临时顶升35 cm。
阶段二:浇筑中支点顶部混凝土桥面板。
阶段三:中支点顶板混凝土达到强度后, 卸除临时堆载并回降中支点顶升高度。
具体施工顺序如图4所示。
以右幅桥为例, 上述几种方法对中支点桥面混凝土提供预压应力如表2所示。
由表1和表2可知, 本工程采用上述方法产生的预压力已足以克服混凝土桥面的拉应力, 并有一定的压应力储备。
2) 我们注意到混凝土桥面板产生拉应力的各种因素中, 占比最大的是收缩徐变, 而影响收缩徐变最主要的变量即是时间, 通常的方法是采用达到一定龄期的预制桥面板代替现浇桥面板。以本工程为例计算, 图5表示了收缩徐变产生的拉应力随混凝土龄期的变化趋势。从图中可以看到随着混凝土龄期的增长其拉应力随之降低, 但在150 d龄期之后其变化速率较小, 意味着在此之后, 预制桥面板堆仓时间的消耗并不能取得太明显的工程效果。综合本图显示的变化趋势和工程实际, 150 d的混凝土龄期是既能取得较好的工程效果, 同时预制板的堆仓时间也较为容易接受。这和其他工程实践也是相符的。但在本工程中由于工期限制, 并未采用该方法实施。
5 各种抗裂措施得失分析
1) 通过上面的分析可以知道, 预应力钢束提供了最大的预压力, 临时顶升和堆载分别次之。分析其原因, 主要是因为临时顶升和堆载这两种措施由于受到顶升设备以及钢材拉应力指标的限制, 设计中受到一定的限制, 而预应力钢束的布置在设计中便于实现。但是临时顶升和堆载这两种措施总共也提供了5.36 MPa的压应力, 相当于预应力效应钢束的66%, 其产生的效果也是相当的明显。从节约预应力材料的角度看, 相当于节省了0.66倍设计预应力钢束的材料, 其作用也是相当可观的。在一般情况下, 应优先采用这两种措施, 充分利用钢材性能提供低成本的预应力。2) 本工程设计采用无支架施工, 并通过调整混凝土浇筑的顺序, 使得中支点处混凝土不承受结构自重, 该方法也相当程度上减少了混凝土的拉应力。但是, 混凝土受力的减少意味着钢结构部分受力的增加, 结构两种材料的受力分配需要针对具体工程具体分析, 才能得出最佳的结论。根据上述工程的分析, 对于混凝土拉应力较大, 同时桥梁施工中也不便于支架施工的, 可以考虑该方法。3) 由于混凝土收缩徐变是造成混凝土拉应力的主要因素, 从上文的分析可以知道, 采用预制桥面板能有效的减少混凝土拉应力。因此, 条件允许时, 应优先采用预制桥面板, 以减少混凝土的拉应力。
参考文献
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[5]邵长宇.大跨连续组合箱梁桥的概念设计[J].桥梁建设, 2008 (1) :9-10.
桥面连续结构 篇5
关键词：预应力混凝土连续箱梁桥,桥面纵坡,底板裂缝,防裂设计
预应力混凝土连续箱梁桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等特点, 已成为公路建设中最主要的桥型之一。但随着预应力混凝土连续梁式桥 (包括连续梁、连续刚构、刚构-连续组合体系) , 特别是大跨度连续梁式桥的大量修建, 实际中已暴露了一系列问题。国内类似的变高度预应力混凝土箱梁跨中节段腹板底部及底板底面纵向严重开裂, 底板束下的钢筋混凝土与上层混凝土崩离的事故屡有发生, 其中混凝土结构底板开裂问题较为突出。
1 裂缝成因分析
引起箱梁底板开裂的因素很多, 有预应力因素 (纵向、竖向、横向) 、箱梁因素 (剪力滞、翘曲、畸变、扭转) 、荷载因素 (收缩徐变、支座沉降、温度梯度、动荷载) 、构造因素 (梁高、孔跨布置、腹板厚度、横隔板设置) 等, 归纳起来不外乎是箱梁底板纵向预应力束张拉过程中产生的径向外崩力造成的, 而设计和施工两个方面往往都容易忽略这一点。
1.1 设计方面原因
a.连续刚构桥在设计时一般采用平面杆系有限元程序进行计算, 不能准确反映箱梁、中跨底板预应力束空间分布的效应[1,2]。
b.截面设计时忽视底板受力的需要, 造成底板厚度不够、保护层厚度不够、管道过密对截面削弱太大等问题。
c.连续刚构在设计时对底板没有进行局部受力分析, 因而也忽视了底板防崩钢筋的应力计算, 不能给底板上下层横向钢筋和防崩钢筋的设计提供理论依据[3,4]。
1.2 施工方面原因
a.波纹管定位偏差, 或定位钢筋固定不牢固而造成因混凝土浇注振捣引起的波纹管偏位, 均会引起波纹管变成曲线状, 从而造成径向力增加。
b.底板闭合箍筋没有按设计要求箍住横向钢筋;再加上底板预应力束容易与防崩钢筋冲突, 导致少放甚至不放防崩钢筋。
c.底板附近混凝土振捣不密实, 特别在波纹管下部, 由于波纹管较密以及普通钢筋的存在, 波纹管底下混凝土不易浇注密实, 造成局部混凝土强度不足[5]。
2 桥面纵坡线型和底板预应力外崩力的关系
连续箱梁桥底板纵向预应力筋沿变高度箱梁布置时, 产生的径向外崩力是底板开裂最主要的因素, 这被国内许多桥梁专家所验证。因此, 现在很多关于底板的防裂设计都是围绕着减小底板钢束的径向外崩力展开的, 对于桥面纵坡线型和底板预应力外崩力的关系研究得较少。本文将结合工程中连续箱梁桥桥面纵坡线型的各种布置, 研究底板预应力外崩力的变化关系。
2.1 考虑桥梁纵坡对预应力外崩力的影响
连续刚构桥桥面纵向线形大致可分以下几种形式:a.桥面形成单向纵坡;b.桥面形成以中跨跨中为竖曲线顶点的双向对称纵坡;c.桥面形成以带竖曲线的双向纵坡, 但竖曲线顶点未在桥梁中跨跨中。由于箱梁顶面线形变化时, 箱梁绝对高度没有变化, 所以箱梁底缘曲线线形必然出现变化, 下面将分三种情况分析顶板纵坡对箱梁底板预应力筋的径向外崩力的影响。
2.1.1 跨内桥面为单向纵坡
当全桥单向纵坡或桥跨内不设竖曲线时, 跨内桥面为单向纵坡, 设其纵坡坡度为i, 图1为钢束折点处的径向集中力的示意, 图2所示为合拢段及合拢左右各2个节段的示意。
由图1所示, 钢束沿底板曲线弯曲时, 往往以折代曲, 于是在折点形成径向集中力如P1, 根据图3简单的几何关系, 可得出:
2.1.2 跨内桥面为带竖曲线和双向纵坡
由前面分析可见, 单坡段纵坡对预应力径向力没有影响, 所以只需要考虑竖曲线段, 一般情况下竖曲线为圆弧, 假设半径为R。
2.1.3 跨内桥面设置预拱度
为了克服桥梁后期持续变形和活载变形, 连续刚构桥梁跨中一般设置竖向预拱度, 在跨中合拢后, 该预拱度仍然存在。理论上, 该预拱度沿跨径从墩顶到跨中按二次抛物线分配, 如图4所示。
2.2 工程实桥桥面纵坡对底板径向外崩力的数值计算
某连续刚构桥悬臂根部梁高11m, 跨中梁高3.7m, 底板底缘曲线采用1.5次抛物线。底板束预应力张拉力为5160KN。箱梁节段长度为1m+6×3.5 m+5×4m+11×4.5m, 合拢段长3m。
2.2.1 不考虑桥面纵坡和竖曲线影响时的P1
不考虑桥面纵坡影响时, 箱梁节段折点处的集中钢束径向力按图1所得公式计算, 各折点位置的计算结果见表1。
由表1计算结果可见, 越接近合拢段, 箱梁节段折点处的集中钢束径向力越大。
2.2.2 考虑桥面纵坡和竖曲线影响时的P11
假定桥面采用以下纵坡和竖曲线, 双向2.5%纵坡, 跨中设置半径为2000米的竖曲线。箱梁节段折点处的集中钢束径向力按图3所得公式计算, 各折点位置的计算结果见表2。
由表2的计算结果可见, 考虑桥面竖曲线影响后, 折点径向集中力增大, 其增大幅度与节段长度相关。
2.2.3 考虑桥面设置二次抛物线分布的预拱度时的
假定该连续刚构在主梁合拢时顶面形成跨中截面设置20厘米 (L/1000) 、墩顶为0的沿纵向二次抛物线分布的预拱度, 箱梁节段折点处的集中钢束径向力按图4所得公式计算, 各折点位置的计算结果见表3。
由表3的计算结果可见, 考虑桥面预拱度影响后, 折点径向集中力增大, 与桥面竖曲线影响相比, 其增大幅度较小。
3 结论
3.1 连续箱梁桥桥面纵坡对底板钢束张拉时产生的预应力外崩力有明显的影响。桥面单坡时对钢束折点处集中力没有影响;桥面为带竖曲线和双向纵坡时对钢束折点处集中力有明显增大趋势;考虑桥面预拱度影响后, 钢束折点处集中力也有增大趋势;这些因素在桥梁的设计阶段容易忽略, 应该引起重视。
3.2 为提高底板抗裂性, 除预应力配束合理外, 还要配置一定数量的箍筋与弯起钢筋, 在中跨合拢段附近布置一定的横向加劲肋, 抵抗因桥面纵坡线型布置形成的钢束折点集中力。
3.3 为了有效防止底板的开裂, 平面分析时应注意箱梁翼板有效宽度和内力增大系数的选取及各部分构造尺寸的合理确定、温度梯度模式的选用、普通钢筋的设置;在施工和养护上要注意预应力筋的张拉工艺控制、混凝土的浇筑和养护。
参考文献
[1]王波, 谢肖礼, 徐丰, 张海龙.连续刚构桥中跨箱梁底板混凝土局部崩裂分析与加固[J].施工技术, 2007, 8.[1]王波, 谢肖礼, 徐丰, 张海龙.连续刚构桥中跨箱梁底板混凝土局部崩裂分析与加固[J].施工技术, 2007, 8.
[2]宋雨, 项贻强, 徐兴等.预应力混凝土V形墩连续刚构箱梁桥的空间分析[J].中国市政工程, 2003, 2.[2]宋雨, 项贻强, 徐兴等.预应力混凝土V形墩连续刚构箱梁桥的空间分析[J].中国市政工程, 2003, 2.
[3]李俊, 李小珍, 卫星.连续刚构桥底板纵向裂纹原因分析[J].公路, 2005, 9.[3]李俊, 李小珍, 卫星.连续刚构桥底板纵向裂纹原因分析[J].公路, 2005, 9.
[4]郭丰哲, 钱永久, 李贞新.预应力连续刚构桥合拢段底板崩裂原因分析[J].公路交通技术, 2005, 10.[4]郭丰哲, 钱永久, 李贞新.预应力连续刚构桥合拢段底板崩裂原因分析[J].公路交通技术, 2005, 10.
桥面连续结构 篇6
国内外众多学者已意识到导致桥面铺装结构组合设计的重要性，但各个研究者仅仅提出自己的设想，而没有将自己的方法用于实际工程中，没有得到实际检验。有的研究者致力于材料方面的研究，试图通过室内试验，为桥面铺装设计提供性能更佳的材料;也有些学者致力于理论计算，试图通过理论分析和计算，为结构组合提供理论标准。本文在总结现行各设计方法的基础上，着重分析其设计的合理性，进而为桥面铺装结构组合设计提出行之有效的建议。
1 现行桥面铺装结构组合设计方法分析
1)长大桥沥青混凝土桥面铺装结构形式及施工工艺研究。
东南大学高英[1]的博士后论文，针对特定桥梁进行有限元分析，并进行大量室内试验，最终提出最佳的结构组合方案。首先，进行有限元力学分析，研究了梁面体系构造对铺装层应力、应变的影响。根据计算分析，给出推荐铺装层厚度和模量;其次，通过大量试验研究了纤维加强沥青混凝土作为桥面铺装层的各项力学性质与路用性质;第三，比较了三种防水粘结材料的各项性能;第四，结合复合梁疲劳试验，给出最终推荐铺装结构形式。
2)千岛湖1号特大桥沥青混凝土桥面铺装结构与材料设计研究。
东南大学的黄晓明课题组[2]针对杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖1号桥实体工程，重点研究了钢管混凝土拱桥上沥青混凝土铺装层的应力响应与结构组合形式，具体步骤如下:
首先，通过力学分析了解桥面沥青混凝土铺装层的应力与变形特性，对沥青混凝土材料性能与结构提出要求。其次，兼顾力学计算对铺装层提出的要求的基础上，根据上下铺装层的功能需求，分别提出几种铺装层材料。最后，对复合结构进行结构组合试验，对提出的几种结构组合材料进行室内复合梁疲劳试验，得出最佳结构组合。
3)水泥混凝土桥桥面铺装层结构合理性研究。
重庆交通大学的张领先[3]，提出根据桥梁设计等级和所在的气候区所拟定的桥面铺装防水等级，确定桥面铺装防水体系和铺装结构组成及材料，并以层间抗剪强度和粘结强度为指标，确定铺装层厚度和防水粘结层的设计，并对沥青铺装层在特殊部位和负弯矩区最大拉应力验算的桥面铺装设计方法。
4)水泥混凝土桥沥青铺装层力学分析与设计。
武汉理工大学的陈太原[4]提出，根据铺装层层位分工论，并针对当前桥面铺装层设计中，结构组合设计材料组成设计存在脱节的现象，提出了沥青混凝土铺装层结构与材料统一的设计方法。
以上设计方法，很大程度上依靠力学分析，相对于传统的设计方法，有所进步。但对于某些特定的桥梁或者特殊的铺装层结构要求，单纯从力学上进行分析，并不能为材料设计提供有价值的参考数据。基于力学验算的结构组合设计方法不一定适用于每座桥。
2 连续刚构桥桥面铺装体系力学分析
本文选取某典型连续刚构桥，根据桥梁实际尺寸，截取桥梁跨20 m，建立有限元分析模型，见图1。
桥面铺装层的厚度对其受力状态和使用性能都具有重要的作用。对于采用双层铺设方案的沥青混凝土桥面铺装而言，确定各层的厚度也是铺装层设计的一项重要设计指标。由于分别变化两层厚度时排列组合形式较多，计算量很大，因此本文分别固定上层厚度3 cm和下层厚度2 cm，通过改变另外一层的厚度进行计算，以得到铺装上下层厚度变化的敏感性。计算结果如图2，图3所示。
由结果可知:
1)随着上、下层铺装层厚度的增加，上、下铺装层的纵横向拉应力都呈增加的趋势。这是因为桥面在横隔板、腹板或加劲肋处，经车辆荷载的作用，容易出现负弯矩区。当铺装层厚度增加时，负弯矩就会增加，对应的拉应力也不断增加。因此，桥面铺装中，沥青铺装层不是越厚越好。
2)随着下铺装层厚度的增加，层间最大剪应力逐渐减小，这是因为铺筑下层越厚，越有利于缓和由于桥面板的变形而在铺装体系内形成相对滑移趋势;随着上铺装层厚度的增加，层间最大剪应力有所增加，这是因为下铺装层厚度较小，相当于在上铺装层和桥面板之间夹入一个薄层，不能很好向下传递车辆荷载和缓和桥面板的相对滑移趋势。
3 其他桥型桥面铺装体系力学分析结果
1)长大桥沥青混凝土桥面铺装结构形式及施工工艺研究。
针对部分预应力混凝土组合连续箱梁桥进行力学分析，当铺装层采用双层铺筑时，当改变上、下层厚度时，对整个铺装体系各层位的剪应力的影响。
假定铺装上层的厚度H上=40 mm不变，铺装下层的厚度H下依次取40 mm,60 mm,80 mm。分别计算铺装层之间横向τ1xmax、铺装层之间纵向τ1ymax、铺装层与桥面板之间横向τ2xmax、铺装层与桥面板之间纵向τ2ymax、铺装上层内τ3max和铺装下层内的τ4max。具体计算结果如图4所示。
从图4可以看出，保持铺装上层厚度不变，铺装下层越厚，无论是铺装体系的层间剪切应力，还是层内的剪切应力都越小，变化趋势相对较平缓。
2)水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装防水粘结层的性能研究。
首先固定上层铺装厚度为5 cm，下层铺装厚度分别取6 cm,10 cm,15 cm;其次，固定铺装下层厚度为6 cm，铺装上层厚度分别取2 cm,4 cm,5 cm，结果如图5，图6所示，可知:综合荷载作用下，增加铺装层的厚度(铺装上层保持不变，增加铺装下层的厚度，或铺装下层保持不变，增加上层的厚度)对沥青混凝土铺装层的受力影响较为复杂，但铺装层厚度的增加对减小整个铺装层的最大剪应力，减少桥面剪切破坏是有效的。但是，随着厚度的增加，整个铺装层的剪应力减小趋势不明显。
4 结语
1)针对连续刚构桥、连续箱梁桥和双边箱预应力混凝土三种特定的桥梁，铺装层的受力情况(拉应力和剪应力)受铺装层厚度的影响并不大。
2)目前，我国大跨径水泥混凝土桥梁主要由上述三种桥型组成。因此，可以得出如下结论:现行的以力学验算为基础的结构组合设计方法并不适用于大跨径水泥混凝土桥梁。
3)对于大跨径的水泥混凝土桥梁，建议铺装体系在满足桥梁承重和受力要求的情况下，桥面铺装结构组合设计，应尽量从铺装层材料的功能上考虑，寻求适用于各种桥梁的铺装层结构形式。
摘要：建立了三种不同桥型的有限元模型,论证了铺装层厚度对铺装体系受力的影响,得出大跨径水泥混凝土桥铺装体系受铺装层厚度的影响较小,并建议结构组合设计应更多地从铺装层材料功能角度上考虑。
关键词：桥面铺装,结构组合设计,合理性,水泥混凝土桥
参考文献
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桥面连续结构 篇7
1 几种典型的钢桥面铺装结构及其特点
钢箱梁桥面相比水泥混凝土结构,具有重量轻、施工快捷、质量可靠等优点,因此在世界上得到了广泛的使用。目前,世界上最常用的,也是使用效果最好的三种铺装方案有以下三种:一是双层改性SMA,如图1所示;二是浇筑式沥青混凝土(GA10)+高弹SMA,如图2所示;三是双层美国环氧沥青混凝土,如图3所示。
方案一面层采用双层SMA结构,其特点是具有较好的密水性、抗车辙性能、耐疲劳性能等,下部防水结构层采用国内桥面铺装中应用比较多、相对比较成熟的环氧树脂防水层。方案二铺装采用浇筑式+SMA结构,其特点具有良好的防水性、抗疲劳性能、水稳性、抗滑性、耐久性等。在国内经过众多工程的实际检验,质量优良,极少发生病害。防水层常采用丙烯酸树脂(MMA)体系。方案三采用美国环氧沥青混凝土铺装结构,环氧沥青混凝土综合性能比较优良,车辙动稳定度较高,耐腐蚀性能较好,目前在国内外有大量的实体工程应用。还有很好的耐疲劳性能和良好的耐腐蚀性,基本不发生推移和车辙等永久变形。
2 桥面铺装典型结构的常见病害及维修处置方法
2.1 双层SMA结构
(1)表面开裂
钢桥面铺装不同于一般公路沥青混凝土路面,它直接铺设在钢桥面板上,由于大中型桥梁通常采用的钢桥面板柔度大,加上在重型车辆荷载作用下,钢桥面板局部变形更大,各纵向加劲肋纵隔板、横肋(或横隔板)与桥面板焊接处出现明显的应力集中,桥面铺装在反复的应力作用下,极易出现开裂病害,裂缝是最常见的病害之一。SMA桥面铺装一旦开裂,通常采用沥青灌缝的方法来封闭裂缝,避免水分下渗进一步损坏铺装结构。如果产生网裂,就只有挖补重新铺装了。
(2)坑槽
沥青铺装层开裂后如不能及时处置维修,在行车作用下会逐渐扩展,逐渐形成网裂,最后由于沥青混合料松散、脱落,形成坑槽。坑槽的处治方法通常把出现坑槽的位置挖除,采用沥青混合料回填,压实后形成平整的路面,填补材料可以采用热拌沥青混合料,也可采用冷拌沥青混合料。
(3)车辙
钢桥面铺装温度通常要高于普通路面铺装温度,并且由于钢箱梁的保温作用,高温持续时间长,在重载交通的碾压下,会产生塑性变形,逐渐形成车辙。车辙病害通常由两个原因引起:铺装层材料内部抵抗剪应力的性能不足;铺装材料空隙率过大。由于车辙病害主要与铺装材料的性质有关,车辙深度会在行车作用下逐渐增加,仅平整表层无法解决问题,因此,一般钢桥面铺装车辙的处理措施是挖除重新摊铺。
(4)推移
车辆行驶过程中在铺装层与防水粘结层之间受到较大的剪应力,当剪应力超过防水粘结层的粘结应力时,防水粘结层产生破坏,钢桥面板和铺装层之间失去粘结力,在车辆荷载的继续作用下,桥面铺装层会产生推移,造成推移病害。对于推移目前没有很好的处置方法,通常是挖除重新摊铺。
2.2 浇筑式+SMA结构
浇筑式+SMA铺装在国内应用相对较晚,取得了不错的效果。相对其它两种铺装结构来说,浇筑式+SMA铺装病害比较少见。早期的浇筑式+SMA铺装中SMA采用SBS改性沥青,使用一段时间后会出现面层开裂的情况,如不及时处置会发展成为坑槽;后期采用高弹沥青成型SMA,未出现开裂情况,桥面铺装总体效果不错。
浇筑式+SMA铺装的病害通常首先出现在SMA层表面,下层浇筑式通常不会出现病害情况。只要在出现裂缝时及时用沥青灌缝封闭,就不会危及到下层浇筑式,如SMA出现坑槽,则可把上部破坏的SMA部分挖除,用普通沥青混合料填补即可。等到整个SMA面层破损严重时,可铣刨重新铺装SMA上面层。山东胜利黄河大桥和安庆长江大桥是国内较早使用浇筑式+SMA铺装的桥梁,目前均有一定的裂缝产生,但灌缝修补后未出现进一步的病害,目前使用情况尚好。
2.3 环氧沥青混凝土
(1)表面开裂
由于环氧沥青混凝土具有一定的刚度,而柔韧性较差,因此在受到较大应变的情况下会产生开裂病害。环氧沥青开裂后,也是常采用灌缝的处理方法封闭裂缝,只是采用的材料通常为环氧沥青或者环氧树脂类材料。
(2)鼓包
环氧沥青桥面铺装如果施工处理不好,桥面残留水分的话,在温度的作用下,水分变成水蒸气,在环氧沥青内形成较大的空洞,出现鼓包病害,在车辆的碾压作用下导致开裂,水分从开裂处下渗会造成更严重的病害。对于鼓包病害,如果病害情况不是很严重的话,通常采用环氧沥青灌缝来修补;如病害比较严重,则采用挖除重新填补。
(3)坑槽
鼓包病害如果处理不及时,由其引起的裂缝会逐渐发展成网裂,再加上鼓包造成了铺装层与钢板之间失去粘结力,最终导致混合料脱落,形成坑槽。通常坑槽采用挖补的处理方式,将出现坑槽的位置挖除,填入环氧沥青混合料,压实并整平。在新旧界面处最好涂刷一层环氧沥青,以防止水分沿界面处下渗。
3 结论
钢桥面铺装不同于一般公路沥青混凝土路面,它直接铺设在钢桥面板上,由于钢桥面板柔度大,在行车荷载与温度变化、风载、地震等自然因素共同影响下,其受力和变形较公路路面或机场道面以及其他桥型结构铺装复杂得多。同时钢桥面板的温差大、防水防锈及层间结合要求高,这些都决定了钢桥面铺装使用条件远远苛刻于一般沥青路面,其使用寿命也要远远短于普通路面。通常在钢桥面需要采用特殊的铺装方案,来提高桥面铺装寿命。本文阐述了常见的典型钢桥面铺装方案,并就各种铺装方案的特点进行了分析,通过对不同铺装方案常见的病害原因分析,提出了桥面铺装病害处置措施,可为同类工程提供参考。
参考文献
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