淺談大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)

何璐 唐俊瑋

摘 要 大跨徑橋梁工程建設(shè)數(shù)量不斷增多，橋面鋪裝的施工工藝、使用條件均有一定特殊性，因此設(shè)計(jì)難度較大。對(duì)此，本文首先對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面受力特性以及鋪裝特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析，并對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面設(shè)計(jì)流程進(jìn)行詳細(xì)探究，以期為實(shí)際工程提供參考。

關(guān)鍵詞 大跨徑橋梁;鋼橋面;鋪裝;受力特性;特點(diǎn);設(shè)計(jì)

引言

大跨徑橋梁工程建設(shè)的作用是促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為人們?nèi)粘３鲂刑峁┍憷?，因此，必須加?qiáng)大跨徑橋梁工程施工質(zhì)量控制。鋼橋面鋪裝是大跨徑橋梁工程施工的重點(diǎn)，在鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮氣候環(huán)境、交通、橋梁結(jié)構(gòu)等因素，選擇適宜的鋪裝工藝和材料，保證行車舒適性以及安全性。因此，亟須對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

1大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面受力特性

在大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面設(shè)計(jì)過程中，首先需了解橋面結(jié)構(gòu)受力特性：①對(duì)鋼橋面結(jié)構(gòu)疲勞性、斷裂性以及彈性進(jìn)行全面細(xì)致的分析，計(jì)算最大荷載。②對(duì)鋼橋面靜載狀態(tài)以及動(dòng)載過程中的受力情況進(jìn)行分析，判斷橋面鋪裝體系可靠性。③創(chuàng)建橋面鋪裝受力模型，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，包括鋪裝層結(jié)構(gòu)厚度、鋼板規(guī)格、橫板間距、梁柱等，通過對(duì)鋼橋面鋪裝體系整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升橋面受力強(qiáng)度。④綜合考慮橋梁工程建設(shè)區(qū)域環(huán)境氣候，對(duì)鋼橋面鋪裝受力形式進(jìn)行分析，采用計(jì)算機(jī)軟件創(chuàng)建橋面鋪裝結(jié)構(gòu)模型，在各個(gè)模型中，橫隔板與縱隔板數(shù)量相同，橫隔板與縱隔板相配合并固定，對(duì)車輛后軸一側(cè)輪胎進(jìn)行加載，在超載以及沖擊作用下，對(duì)鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行計(jì)算分析[1]。

2大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝特點(diǎn)

（1）在鋼橋面板施工中，可直接鋪設(shè)結(jié)構(gòu)層，其與路面之間有一定差異，鋼板在環(huán)境溫度影響下容易發(fā)生變形，因此，如果外部環(huán)境相同，則鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)比較復(fù)雜。

（2）大跨徑橋梁工程的建設(shè)環(huán)境包括江河、峽谷以及海峽上，容易受到惡劣天氣的影響，比如暴雨、臺(tái)風(fēng)等，因此要求鋼橋面鋪裝具有良好的使用性能，能夠有效抵御環(huán)境因素的影響。

（3）鋼結(jié)構(gòu)在水的影響下容易銹蝕，進(jìn)而影響橋面剛度、強(qiáng)度，對(duì)此，在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求具有良好的防水性，避免受到水侵蝕影響。

（4）通常情況下，大跨徑橋梁工程為比較重要的交通樞紐，施工周期長，維護(hù)管理難度大，隨著使用年限的增加，鋼橋面鋪裝層會(huì)逐漸暴露出很多病害，進(jìn)而影響行車安全性[2]。

3大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.1 環(huán)境參數(shù)的影響因素

在鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中，溫度參數(shù)是主要的環(huán)境影響因素，與公路工程相比，環(huán)境溫度對(duì)于鋼橋面鋪裝層的影響較大。鋼橋面鋪裝層具有一定特殊性，內(nèi)部不具有通風(fēng)條件，因此與路面相比，內(nèi)部溫度高于10℃。在低溫環(huán)境中，鋼橋面鋪裝層溫度比較低，在鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中，必須選擇適宜的施工材料。

3.2 交通參數(shù)的影響因素

在鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中，在交通參數(shù)選擇方面，需綜合考慮區(qū)域交通情況、車輛大小比例等因素，據(jù)此確定車輛軸重以及軸載累積次數(shù)等。鋼橋面鋪裝層的力學(xué)比較特殊，在荷載因素影響下局部效應(yīng)明顯，并且單矩形荷載準(zhǔn)確性比較低，因此，在具體的設(shè)計(jì)過程中，可采用雙矩形荷載，另外，如果軸載比較大，則汽車輪胎與地面之間的接觸面類似矩形。

3.3 鋪裝結(jié)構(gòu)破壞的控制

當(dāng)鋼橋面鋪裝層受到車輛荷載以及環(huán)境因素的影響時(shí)，其破壞形式比較多，比如，在鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中，如果選用熱塑性瀝青混凝土鋪裝材料，當(dāng)橋面鋪裝層受到行車荷載影響時(shí)，容易發(fā)生疲勞斷裂或者斷裂破壞。對(duì)此，在鋼橋面鋪裝層設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮橋梁工程建設(shè)區(qū)域環(huán)境氣候特征，對(duì)常見的橋面鋪裝層破壞形式進(jìn)行分析，為了減少疲勞開裂、斷裂等破壞形式，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將鋪裝層上下表面最大拉應(yīng)力、鋪裝層表面撓度等作為關(guān)鍵控制指標(biāo)。

3.4 鋪裝材料的設(shè)計(jì)指標(biāo)

在大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)中，橋面鋪裝常用材料有三種類型，包括改性瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土以及澆筑式瀝青混凝土。其中，環(huán)氧瀝青混凝土的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，溫度使用范圍比較高，并且對(duì)于環(huán)境溫度的敏感性較低，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，因此應(yīng)用范圍廣泛[3]。

4大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)流程

大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

（1）對(duì)大跨徑橋梁工程施工環(huán)境、使用條件以及氣候環(huán)境進(jìn)行全面分析，選擇最適宜施工時(shí)間，明確鋼橋面鋪裝施工中施工材料溫度以及動(dòng)力荷載響應(yīng)。

（2）對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝層的使用條件進(jìn)行分析，確定鋼橋面鋪裝層使用年限，通過利用瀝青混合料鋪裝體系軸載換算公式，對(duì)橋面鋪裝層設(shè)計(jì)年限中的標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行計(jì)算，對(duì)交通通行量進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，進(jìn)而確定鋼橋面鋪裝層使用年限。

（3）對(duì)鋼橋面鋪裝層以上車轍的有效溫度進(jìn)行計(jì)算，在具體的設(shè)計(jì)過程中，可在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定計(jì)算值。另外，還應(yīng)在有效溫度條件下開展車轍蠕變?cè)囼?yàn)，對(duì)于試驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行回歸計(jì)算分析，確定回歸系數(shù)。除此以外，在鋼橋面鋪裝層設(shè)計(jì)中，還需對(duì)鋪裝層泊松比、抗壓回彈模量進(jìn)行測(cè)定分析，進(jìn)而確定各類施工材料的特性參數(shù)，制定適宜的大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)材料方案。

（4）對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面運(yùn)營中瀝青混合料鋪裝層的常見破壞形式進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)驗(yàn)算指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，避免在鋼橋面鋪裝層使用過程中出現(xiàn)破壞問題。

（5）在大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝層厚度設(shè)計(jì)中，需綜合考慮施工材料參數(shù)、鋪裝結(jié)構(gòu)以及鋼箱梁正交異性橋面板，通過應(yīng)用有限元軟件，根據(jù)鋪裝層厚度，可對(duì)施工材料、鋪裝結(jié)構(gòu)以及鋼箱梁正交異性橋面板不同組合形式所形成的鋪裝層的表面最大拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，據(jù)此創(chuàng)建回歸擬合模型。

（6）對(duì)鋼橋面鋪裝層最大拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，首先確定橋梁設(shè)計(jì)年限，然后再根據(jù)一個(gè)車道中標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量的作用次數(shù)，對(duì)鋪裝層表面所允許最大拉應(yīng)變值進(jìn)行計(jì)算。

（7）鋼橋面鋪裝層所能承受的最大拉應(yīng)變即施工材料、鋪裝結(jié)構(gòu)、鋼箱梁正交異性橋面板的最大拉應(yīng)力，據(jù)此可對(duì)橋面鋪裝層厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠保證橋面鋪裝層施工和運(yùn)營安全性。

（8）在鋼橋面鋪裝層設(shè)計(jì)中，不僅需對(duì)鋪裝層厚度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)還需對(duì)對(duì)鋪裝層抗車轍性進(jìn)行計(jì)算，判斷是否能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果無法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則需對(duì)鋪裝層表面最大拉應(yīng)變結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升橋面鋪裝層抗疲勞性能。

5結(jié)束語

綜上所述，本文主要對(duì)大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探究。在橋梁工程運(yùn)營中，鋼橋面鋪裝層容易受到環(huán)境、交通情況、橋梁結(jié)構(gòu)等因素的影響，為了保證鋼橋面鋪裝層設(shè)計(jì)質(zhì)量，要求綜合考慮各項(xiàng)影響因素，選擇適宜的鋪裝層施工材料，對(duì)鋪裝層厚度、工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)水平，延長大跨徑橋梁工程使用年限。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮超，謝科.大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（3）：218-220.

[2] 馬建勇，張明閃，崔舒.鋼橋面彈性鋪裝地磚鋪裝設(shè)計(jì)與施工[J].公路，2018，63（6）：63-67.

[3] 張翠利.大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)綜述[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2018，536（24）：94-95.

作者簡介

何璐（1989-），男，四川西充縣人;學(xué)歷：碩士，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：市政工程設(shè)計(jì)。