高性能轻型组合桥面结构铺装实验研究

邢 德 兆

(佛山市路桥建设有限公司，广东 佛山 528000)



高性能轻型组合桥面结构铺装实验研究

邢 德 兆

(佛山市路桥建设有限公司，广东 佛山 528000)

结合某连续钢箱梁桥基本概况，对桥面铺装前后横肋、纵肋、面板三种构件及不同构件连接部位的受力或变形状况进行了试验检测，结果表明STC桥面铺装可以明显降低U肋与面板连接部位局部应力，但U肋与横隔板连接部位弧形缺口处的改善效果不明显，对U肋与箱梁腹板连接部位的改善效果有限。

STC桥面铺装，面板，U肋，应力测试

为解决正交异性钢桥面板的疲劳裂纹和铺装层容易损坏的问题，珠江三角洲某连续钢箱梁桥主桥桥面板采用超高性能轻型组合结构，桥面铺装方案为：在钢主梁上铺设薄层超高韧性混凝土STC(Super Toughness Concrete)层，将桥面板转变成钢—STC组合结构。由于目前该种桥面铺装方案国内外工程实例很少，更无相应的技术规范和标准，为验证正交异性钢桥面板采用STC铺装层的可靠性，有必要对铺装前后进行实桥对比荷载试验。

1 桥梁基本概况

该桥梁主桥为连续钢箱梁，跨径组合为(58.51+112.8+58.51)m，主桥钢箱梁为单箱单室，宽15.75 m，腹板间距7.5 m，悬臂长度为4.125 m，边跨和中跨均由六个梁段组成，箱内每隔2.5 m设置一道横隔板，桥面板为正交异性桥面系结构。主桥钢箱梁桥面铺装方案为：4.5 cm超高韧性混凝土(STC)+应力吸收层(高粘高弹沥青+撒布4.75 mm～9.5 mm碎石)+3.5 cm沥青磨耗层铺装。将桥面板转变成钢—STC组合结构，在钢箱梁上焊接剪力钉，设置钢筋网，再浇筑STC层，然后在其上摊铺沥青混凝土磨耗层。

2 试验检测方案

2.1 试验检测区域

在便于试验开展的前提下，结合正交异性桥面板的受力特点，试验区域的选择遵循了以下原则：1)尽量降低箱梁整体弯曲应力的影响；2)避开梁端受力相对复杂的区段；3)试验区域结构构造应具有代表性。

综合考虑上述原则，将试验区域纵向布置在边跨直线段7.5 m长的SS5梁段。

根据正交异性桥面板的受力特点及桥梁运营期间的车道划分规划，横向测试区域主要布置在运营期间重车道可能对应的区域(1号～7号U肋)。

2.2 测试部位设置

桥面板局部测试需全面反映组成正交异性桥面系的横肋、纵肋、面板三种基本构件及不同构件连接部位的受力或变形状况，测点布置要有代表性、可行性，重点突出。考虑到结构的受力特点及现场条件，本次试验纵向选择三个测试截面，横向主要集中在运营期间重车轮迹线作用范围的1号～7号纵肋部位，测试截面纵向布置。

2.3 测试内容及测点布置

根据正交异性桥面板的受力特点及运营期间易于出现疲劳开裂的部位分布规律，主要包括以下内容：

1)U肋纵向应力：选择A截面5号～7号U肋进行应力测试；2)面板纵横向应力：选择A截面5号～7号U肋间面板进行测试；3)U肋及面板竖向变形：选择A截面5号～7号U肋进行测试；4)U肋与横隔板连接部位应力测试：选择B截面U肋与横隔板连接部位进行应力测试；5)箱室纵向腹板与面板连接部位应力测试：选择A截面箱室纵向腹板与面板连接部位进行应力测试；6)U肋嵌补段下缘焊缝部位应力测试：选择C截面6号、7号U肋嵌补段下缘焊缝部位进行应力测试。

3 检测结果

3.1 弧形切口边缘应力测试

弧形切口边缘应力测点S1～S5实测应力与横向加载轮位的关系，铺装铺设前后，同一弧形切口边缘实测应力随横向加载轮位变化的规律基本一致，铺装前实测边缘最大应力为-116 MPa，铺装后实测边缘最大应力为-112 MPa，铺装铺设前后弧形切口局部受力变化不大，相对铺装前，铺装后局部应力平均降幅约为4%。

3.2 面板与箱梁腹板连接处应力测试

面板与箱梁腹板连接部位实测应力与横向加载轮位的关系。相对铺装前，铺装后测试部位受力随横向加载轮位变化趋于平缓、均匀。

铺装前面板与腹板连接焊缝面板侧焊缝焊趾处推算应力为-61.4 MPa，铺装后为-56.3 MPa，面板与箱梁腹板连接焊缝腹板侧焊缝焊趾处推算应力为-23.2 MPa，铺装后为-20.4 MPa，相对铺装前，面板应力降幅为8%，腹板应力降幅为12%。

3.3 面板与U肋连接处应力测试

面板与U肋腹板连接部位实测应力与横向加载轮位的关系。相对铺装前，铺装后测试部位受力随横向加载轮位变化趋于平缓、均匀。铺装前面板与腹板连接焊缝面板侧焊缝焊趾处最不利推算应力为-73.3 MPa，铺装后-19.1 MPa，面板与箱梁腹板连接焊缝腹板侧焊缝焊趾处最不利推算应力-61.4 MPa，铺装-35.9 MPa，相对铺装前，面板应力降幅为75%，腹板应力降幅为42%。

3.4 面板应力测试

两U肋间面板实测应力与横向加载轮位的关系。对平面应力状态下十字应变花测点，按照以下公式算出各方向应力：

相对铺装前，铺装后测试部位受力随横向加载轮位变化趋于平缓、均匀。面板以横向受力更为不利，铺装前面板实测最不利横向应力为70.7MPa，铺装后为25.2MPa，相对铺装前，面板横向应力降幅为69%。

3.5U肋应力测试

相邻横隔板U肋跨中底缘实测应力与横向加载轮位的关系。铺装前U肋底缘实测最不利纵向应力为38.9MPa，铺装后为33.2MPa，相对铺装前，U肋底缘纵向应力降幅为16%。同时选取了U肋嵌补段跨中侧底缘进行了应力测试，铺装前最不利纵向应力为54.2MPa，铺装后为42MPa，相对铺装前，嵌补段U肋底缘纵向应力降幅为21%。

3.6 构件变形测试

相邻横隔板跨中U肋及面板竖向变形实测最不利，相邻横隔板跨中U肋及面板竖向变形与横向加载轮位的关系。

铺装前U肋底缘实测最大竖向变形为0.43mm，铺装后为0.33mm，相对铺装前，U肋底缘竖向变形平均降幅为23%。对于面板竖向变形，铺装后测试部位变形随横向加载轮位变化趋于平缓、均匀，铺装前面板实测最大竖向变形为0.59mm，铺装后为0.44mm，相对铺装前，面板竖向变形平均降幅为27%。

4 结论与建议

4.1 结论

1)采用本铺装体系能够有效降低面板与U肋连接部位及U肋间面板的应力，相对铺装前，面板与U肋连接部位焊缝面板侧焊趾应力平均降低为75%，U肋腹板侧焊趾应力平均降低为42%，U肋间面板应力平均降低约为69%。

2)采用本铺装体系对U肋与横隔板连接焊缝下端焊趾处应力存在一定改善，铺装后应力平均降低约26%，U肋与横隔板连接焊缝下端侧面焊趾处应力平均降低27%。

3)采用本铺装体系对U肋底缘应力存在一定改善，铺装后，相邻横隔板U肋跨中底缘应力平均降低约16%，嵌补段U肋下缘应力平均降低约21%。

4)采用本铺装体系对面板与箱梁腹板连接部位受力改善效果有限，铺装后，面板与箱梁腹板连接部位焊缝面板侧焊趾应力平均降低为8%，腹板侧焊趾应力平均降低为12%。

5)采用本铺装体系对弧形切口边缘应力改善效果不明显，铺装后，弧形切口边缘应力平均降低约4%。

6)采用本铺装体系，桥面系构件变形(U肋、面板)能够得到一定改善，铺装后，U肋变形平均降低约23%，面板变形平均降低约27%。

4.2 建议

该铺装方案可以明显降低U肋与面板连接部位局部应力，但U肋与横隔板连接部位弧形缺口处部位的改善效果不明显，对U肋与箱梁腹板连接部位的改善效果有限，建议桥梁运营期间加强对上述疲劳敏感部位的观察。

Experimental research on high-performance light-style composite bridge deck structure paving

Xing Dezhao

(FoshanHighway&BridgeConstructionCo.,Ltd,Foshan528000,China)

Combining with the continuous steel bridge conditions, the paper carries out stress and deformation test and detection of horizontal lib, vertical lib and face-plate and various structural parts before and after bridge deck paving. Results show that: STC bridge deck paving can obviously reduce local stress of U lib and face-plate connection parts, however, the improvement effect of U lib and horizontal isolating-board connection part at arch notch is not so perfect, furthermore, the improvement effect of U lib and box-girder connection part is good enough.

STC bridge deck paving, face-plate, U lib, stress test

1009-6825(2016)05-0184-03

2015-12-08

邢德兆(1978- )，女，工程师

U443.33

A