大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)

劉 軍 霞

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012)

大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)

劉 軍 霞

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012)

簡(jiǎn)要介紹了大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作，結(jié)合其鋪裝設(shè)計(jì)的原則，主要對(duì)鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的工藝流程及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，為類似的橋面鋪裝工程積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。

橋面鋪裝，設(shè)計(jì)，大跨徑連續(xù)鋼箱梁

橋面鋪裝是鋼箱梁橋行車體系的重要組成部分，它對(duì)橋梁耐久性，保證行車安全、舒適度以及經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著極其重要的作用，是大跨徑鋼橋建設(shè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究起步較晚，在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，經(jīng)過(guò)大量的工程施工實(shí)踐，已經(jīng)形成了符合我國(guó)實(shí)際情況的橋面鋪裝技術(shù)，并且在大跨徑橋梁的橋面鋪裝施工中得到廣泛的應(yīng)用。目前為止?jié)仓綖r青混凝土鋪裝方案、組合式鋼橋面鋪裝方案以及美國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝方案，是國(guó)內(nèi)大跨徑鋼橋面鋪裝普遍使用的施工技術(shù)，其中組合式鋼橋面鋪裝方案的技術(shù)關(guān)鍵是利用樹脂瀝青混凝土與環(huán)氧樹脂解決了鋼板與SMA層粘結(jié)的問(wèn)題，截止到目前其使用效果還比較好，但是還要經(jīng)過(guò)時(shí)間的檢驗(yàn)才能夠證明其是否符合長(zhǎng)期使用的要求。使用澆筑式瀝青混凝土鋪裝方案處理的鋼橋面具有防水性好、變形隨從性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以比較適合應(yīng)用在跨徑大的懸索橋中，但是應(yīng)加強(qiáng)其適應(yīng)高溫重載條件的研究。環(huán)氧瀝青鋪裝方案的優(yōu)點(diǎn)極多，比如極強(qiáng)的抗疲勞性、抗高溫性、鋪裝強(qiáng)度高等，但是同時(shí)也具有后期養(yǎng)護(hù)困難、施工要求高等缺點(diǎn)，在實(shí)際的施工中應(yīng)根據(jù)施工建設(shè)的具體情況采取合適的鋪裝方案。

1 大跨徑連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法

在進(jìn)行大跨徑鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的時(shí)候,要做好以下幾方面的工作：第一，根據(jù)施工建設(shè)的要求以及施工地點(diǎn)的自然條件特點(diǎn)制定合理的鋼橋面鋪裝材料方案；第二，做好粘結(jié)層材料的配合比設(shè)計(jì),使其在施工的過(guò)程中能夠有效地控制鋼橋面板與鋪裝層之間的變形協(xié)調(diào)性以及抗剪切性，而且還要保證鋪裝層瀝青混合料在高溫狀態(tài)下也能夠保持穩(wěn)定性能。第三，要在掌握相關(guān)材料特性參數(shù)的基礎(chǔ)上,分析、設(shè)計(jì)鋼橋面瀝青混合料的鋪裝結(jié)構(gòu),以利于有效降低疲勞裂縫的發(fā)生幾率,確定科學(xué)的橋面鋪裝厚度以及橋面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重要參數(shù),降低養(yǎng)護(hù)工作的負(fù)擔(dān)。第四，為了保證橋面的抗車轍性能達(dá)到預(yù)期要求，對(duì)鋼橋面的熱塑性瀝青混合料鋪裝車轍進(jìn)行預(yù)先估測(cè)，除此以外還要對(duì)鋪裝層瀝青混合料的疲勞壽命與使用年限進(jìn)行預(yù)先估測(cè)，有意思的一點(diǎn)是這兩方面并不是毫無(wú)關(guān)聯(lián)的，而是有緊密聯(lián)系、相輔相成關(guān)系的。

2 大跨徑連續(xù)鋼箱鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)原則

2.1 綜合考慮鋪裝材料與結(jié)構(gòu)

由于大跨徑鋼橋面鋪裝材料及鋪裝結(jié)構(gòu)的差別等原因，鋪裝完成后可能會(huì)出現(xiàn)不同類型的主要破壞，所以鋪裝設(shè)計(jì)之前，還要對(duì)橋面可能產(chǎn)生的破壞類型采取有效的方式進(jìn)行調(diào)差、分析，然后針對(duì)病害的主要類型制定鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)體系。

2.2 設(shè)計(jì)前做好準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行大跨徑鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)之前，要掌握建設(shè)地點(diǎn)的橋面鋪裝的受力狀態(tài)、交通環(huán)境、氣候條件、自然環(huán)境條件。在此基礎(chǔ)上使用通用有限元軟件以彈性力學(xué)理論為指導(dǎo)進(jìn)行鋼橋面鋪裝體系受力特性的分析,雖然目前在橋梁結(jié)構(gòu)研究、瀝青路面以及水泥混凝土路面的研究中建立了許多不同種類的力學(xué)模型，但是無(wú)論哪種力學(xué)模型都離不開彈性力學(xué)理論，都是在此理論的基礎(chǔ)上展開的。最后利用沖擊系數(shù)來(lái)反映動(dòng)力荷載響應(yīng)。

2.3 選擇合適的粘結(jié)層材料

橋面鋪裝層在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的粘結(jié)層材料，施工時(shí)要加強(qiáng)施工質(zhì)量的監(jiān)控，投入使用后要對(duì)橋面進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)，這樣才可以有效的控制鋼橋面板與鋪裝層之間的變形協(xié)調(diào)性與抗剪切性。此外還可以有效地改善、控制鋼橋面板與橋面鋪裝材料所具有的線收縮特性。

2.4 防止疲勞開裂問(wèn)題

導(dǎo)致大跨徑鋼橋的瀝青混合料鋪裝層出現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象的關(guān)鍵性因素，主要是橫梁上方鋪裝層表面、縱向加勁肋、縱梁以及主梁腹板突然承受了超過(guò)其負(fù)荷的拉應(yīng)力/應(yīng)變。為了避免疲勞開裂現(xiàn)象的發(fā)生應(yīng)采用大跨徑鋼橋面鋪裝力學(xué)分析并且計(jì)算出鋪裝層能夠承受的負(fù)彎矩,以此為基礎(chǔ)確定鋼橋面的鋪裝厚度。除此以外在鋼橋面進(jìn)行熱塑性瀝青混合料的鋪裝施工前,還要對(duì)鋼橋面鋪裝的抗車轍性能進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算可以通過(guò)允許車轍深度和預(yù)先估算的車轍深度完成。以便確定鋼橋面鋪裝的抗車轍性能能否達(dá)到大橋投入使用后的要求。

3 設(shè)計(jì)步驟以及流程

其實(shí)施的基本步驟如圖1所示。

1)為了明確鋪裝鋼橋面的瀝青混合料施工時(shí)的溫度以及動(dòng)力荷載響應(yīng)，要對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝時(shí)橋梁建設(shè)地點(diǎn)環(huán)境使用條件以及氣候條件進(jìn)行詳盡的分析，以便在最有利的條件下進(jìn)行施工。

2)為了準(zhǔn)確的確定橋面鋪裝的使用壽命，要對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝交通使用情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，利用鋼橋面瀝青混合料鋪裝體系的軸載換算公式可以計(jì)算出設(shè)計(jì)年限內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸載，得出累計(jì)的交通通行量，從而計(jì)算出橋面鋪裝的使用壽命。

3)計(jì)算出瀝青混合料鋪裝層上車轍的有效溫度，這方面的計(jì)算可以通過(guò)進(jìn)行車轍實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得(注意:這些實(shí)驗(yàn)必須要在不同的溫度下進(jìn)行，其獲得的數(shù)據(jù)才是有效的)。還要在有效溫度下進(jìn)行車轍的蠕變?cè)囼?yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，從而獲得蠕變模型需要的回歸系數(shù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定的要求對(duì)瀝青混合料鋪裝層的泊松比以及抗壓回彈模量進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，以便獲得這些材料的準(zhǔn)確的特性參數(shù)。以上這些為設(shè)計(jì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面瀝青混合料鋪裝的材料方案。

4)調(diào)查分析橋梁建設(shè)所使用的瀝青混合料鋪裝經(jīng)常出現(xiàn)的主要破壞形式，并在設(shè)計(jì)中對(duì)驗(yàn)算指標(biāo)以及相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行控制，通過(guò)這些措施在鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中對(duì)其發(fā)生的主要破壞形式進(jìn)行控制。

5)以給定的材料參數(shù)、鋪裝結(jié)構(gòu)以及鋼箱梁正交異性橋面板為依據(jù)，制定不少于三個(gè)的鋪裝厚度，然后在通用有限元軟件的幫助下,根據(jù)不同的厚度計(jì)算出材料、鋪裝結(jié)構(gòu)、鋼箱梁正交異性橋面板組合而成的鋪裝層表面的最大拉應(yīng)力,并在此基礎(chǔ)上建立鋪裝厚度與該計(jì)算數(shù)值的回歸擬合模型。

6)計(jì)算出橋面鋪裝層表面所允許的最大拉應(yīng)變。想要計(jì)算出這個(gè)數(shù)值要將橋梁設(shè)計(jì)年限以內(nèi)一個(gè)車道上的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量的作用次數(shù)代入到鋪裝層表面所允許的最大拉應(yīng)變計(jì)算公式中,就可以得到我們想要的數(shù)據(jù)。

7)讓鋪裝層表面所允許的最大拉應(yīng)變等于材料、鋪裝結(jié)構(gòu)、鋼箱梁正交異性橋面板組合而成的鋪裝層表面的最大拉應(yīng)力，就會(huì)得到鋼橋面瀝青混合料的鋪裝厚度，使這一厚度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

8)在鋼橋面的鋪裝設(shè)計(jì)中除了要考慮鋪裝的厚度以外，還要驗(yàn)算經(jīng)過(guò)疲勞設(shè)計(jì)的熱塑性瀝青混合料鋪裝的鋼橋面的抗車轍性能否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，如果達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)則確定的關(guān)于橋面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的各個(gè)數(shù)據(jù)不變，如果不能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求就必須重新確定鋪裝層表面所允許的最大拉應(yīng)變的鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),直到其能夠達(dá)到鋼橋面鋪裝要求的抗疲勞性能為止。

4 結(jié)語(yǔ)

大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面的鋪裝設(shè)計(jì)是其建設(shè)中亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)難題，而文章涉及到的設(shè)計(jì)方面的技術(shù)措施已經(jīng)在施工中得到了應(yīng)用與推廣。

[1] 黃 衛(wèi)，錢振東.高等瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

[2] 多田宏行.橋面鋪裝的設(shè)計(jì)與施工[M].日本:鹿島出版會(huì),1993.

[3] 張 磊.江陰大橋鋼橋面鋪裝病害研究[D].南京：東南大學(xué),2014.

[4] 徐韻淳，郝振華，閆國(guó)杰，等.鋼橋面鋪裝用特種瀝青瑪蹄脂混合料配合比設(shè)計(jì)思路及應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2010(11)：10-11.

Steelbridgedeckpavingdesignwithlarge-spancontinuoussteelboxgirder

LIUJun-xia

(ShanxiTrafficConstructionEngineeringSupervisionHeadquarter，Taiyuan030012,China)

The paper briefly introduces the steel bridge deck paving design preparations with larges-span continuous steel box girder, and describes its paving design technology procedures and technical points by combining with paving design principles, which has accumulated rich construction experience for similar bridge deck paving engineering.

bridge deck paving, design, large-span continuous steel box girder

1009-6825(2014)33-0154-02

2014-09-13

劉軍霞(1974- )，女，工程師

U443.33

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