钢箱梁桥面铺装结构优化设计分析

白杰

【摘要】在当前钢箱梁桥建设的过程中，最关键的就是桥面铺装技术。而当前国内钢箱梁桥面铺装层的材料与结构设计中存在较多的问题，严重的影响着桥面的铺装质量水平。因此在本文中对当前钢箱梁桥面铺装材料的特点和铺装结构的设计要点进行了分析，并提出了两种新型钢箱梁桥面铺装方案，通过有限元分析软件对两种铺装方案进行了分析与验证，从而进一步保证该方案可以在实际工程中得到运用。

【关键词】钢箱梁;桥面铺装;结构设计

1、钢箱梁桥面铺装结构与铺装设计要点

1.1钢桥面铺装结构的特点

简单来说，钢箱梁桥面铺装不同于一般的公路沥青路面的铺装，他是直接铺设在正交异性钢桥面板上，而正交异性钢桥面板的柔度较大，既容易受到一些自然因素的影响，也会因自身的原因影响到铺装层的质量。第二，钢箱梁桥面铺装的温度比沥青路面的温度高，极端最低温度比相同地区的公路沥青路面的铺装温度更低。同时钢板导热系数较大，正交异性钢板的昼夜温差和季节性温差的变化幅度比其他沥青路面基层的变化幅度较大。第三，对大跨径钢箱桥梁，一般是应用在一些大河、横跨海峡上，经常会遭受到强风台风的频繁袭击，而一般沥青混凝土路面是遭遇不到一些强风，台风的频繁袭击。第四，正交异性钢板面铺装层的受力模式与一般沥青混凝土路面的受力模式差别较大。第五，在一些大跨径钢桥的建设过程中，桥面铺装如果出现了破坏将会严重的影响交通运输的安全，而且铺装层的维修难度较大。

1.2钢箱梁桥面铺装设计要点

钢箱梁桥面铺装的外部环境较为恶劣，经常会受到一些台风，地震以及雨雪天气的影响，因而对铺装层材料和铺装结构提出了更高的要求。首先，铺装层厚度要符合相关的要求，当前的铺装层厚度设计大概分为两类，薄型和厚型，相关设计规范规定了沥青铺装层的最小厚度为60mm，最大不超过80mm，铺装层的厚度选择在70-80mm最合适。第二，钢箱梁结构设计中要考虑自重，为实现较大的跨越能力，需要减薄铺装层或者是使用一些轻质化的铺装层材料。从而可以减少桥梁恒载，降低工程造价。第三，钢箱梁桥面在温度荷载和车辆荷载的作用下会形成一定的界面抗剪强度不满足要求，因而在设计过程中要注重对界面剪切的重视。第四，在炎热的天气桥面会出现高温，沥青混合料就会出现疲劳开裂的现象，因此要对铺装材料的高温稳定性进行特殊的设计，选择适合桥面防推移粘结层的铺装材料，在一些温度变化较大的季节可以有较好的抗裂性能。第五，钢桥面板要具有较高的协调变形性能，从而能够减少一些疲劳开裂的现象。

2、两类新型的钢箱梁桥面铺装结构分析

2.1柔性铺装层材料结构方案

首先是对钢桥面板采用耐高温性能优异的环氧结构胶来做为粘结层，同时撒颗粒均匀的具有高强度的玄武岩碎石颗粒，进一步对界面的粗糙化进行处理。而下层材料是用30mm具有高粘度的改性沥青，对应的上层是40mm高粘度改性沥青SMA13。

为了进一步的验证柔性铺装层材料是否符合要求，借助有限元分析软件ANSYS建立了三维有限元模型，对该模型中的各项材料的力学性能进行了分析与研究。从而得到了该种铺装层材料的横向拉应力、铺装层与钢板层间剪应力的理论计算值，室内拉拔试验等，通过对计算数值的分析，得出该种铺装组合材料以及结构具有较高的界面粘结性能和抗剪性能，从而验证了该种铺装结构是可以投入使用的。该铺装结构选择了具有高粘度的改性沥青和混杂纤维来复合制备出相关的SMA沥青混合料，使得该铺装层材料具备了较高的路运性能和抗滑性能，在70C界面中该种铺装层材料的抗剪强度为1.42Mpa，而对应的SMA13的性能指标为：70C的动稳定度≥4000次/mm，-10C低温弯曲应变≥5X10'，浸水残留稳定度≥90%，冻融劈裂残留强度比≥90%，渗水系数≤15m1/min，摩擦系数≥45BPN，从而保障了铺装层材料的性能，符合钢箱梁桥面在铺装过程中的各项要求，该铺装结构设计方案在武汉白沙洲大桥钢箱梁桥面铺装修复改造工程中得到了成功应用。

2.2轻质高韧混凝土刚性下面层（50mm） 结构方案

轻质高韧混凝土刚性下面层（50mm）铺装层材料在钢桥面板上的应用，需要布置抗剪连接件，在连接件上绑扎钢筋网，在上面层，设置40mm高粘度改性沥青SMA13，从而形成了一种新型的鋼箱梁桥面铺装结构方案。

为了进一步验证轻质高韧混凝土刚性下面层（50mm）铺装层材料方案的可行性，借助有限元分析软件来建立关于该体系的三维有限元模型，根据分析结果，采用50mm厚轻质混凝土下面层，采用直径10mm、高45mm，横向布置间距300mm，纵向布置间距400mm的剪力连接件布置方式可以满足钢箱梁桥面力学性能的要求。同时，如果借助纤维聚合物复合增韧技术，可以配置出相对应的高韧性轻质的混凝土。该铺装层材料的设计方案可以投入到使用中，在武汉市中环线钢箱梁高架桥中得到了成功应用。

结语：

总而言之，大跨径钢箱梁桥面铺装是一个非常重要的工程，严重影响桥梁的使用寿命。而本文所提出的两种铺装层材料以及对应的结构设计方案，可以满足大跨径钢箱梁桥面铺装的要求，并得到了成功的应用，因此可以加大对两种铺装方案的推广和使用。

参考文献：

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