邢 德 兆

(佛山市路橋建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528000)

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高性能輕型組合橋面結(jié)構(gòu)鋪裝實(shí)驗(yàn)研究

邢 德 兆

(佛山市路橋建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528000)

結(jié)合某連續(xù)鋼箱梁橋基本概況，對(duì)橋面鋪裝前后橫肋、縱肋、面板三種構(gòu)件及不同構(gòu)件連接部位的受力或變形狀況進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果表明STC橋面鋪裝可以明顯降低U肋與面板連接部位局部應(yīng)力，但U肋與橫隔板連接部位弧形缺口處的改善效果不明顯，對(duì)U肋與箱梁腹板連接部位的改善效果有限。

STC橋面鋪裝，面板，U肋，應(yīng)力測(cè)試

為解決正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋和鋪裝層容易損壞的問(wèn)題，珠江三角洲某連續(xù)鋼箱梁橋主橋橋面板采用超高性能輕型組合結(jié)構(gòu)，橋面鋪裝方案為：在鋼主梁上鋪設(shè)薄層超高韌性混凝土STC(Super Toughness Concrete)層，將橋面板轉(zhuǎn)變成鋼—STC組合結(jié)構(gòu)。由于目前該種橋面鋪裝方案國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例很少，更無(wú)相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，為驗(yàn)證正交異性鋼橋面板采用STC鋪裝層的可靠性，有必要對(duì)鋪裝前后進(jìn)行實(shí)橋?qū)Ρ群奢d試驗(yàn)。

1 橋梁基本概況

該橋梁主橋?yàn)檫B續(xù)鋼箱梁，跨徑組合為(58.51+112.8+58.51)m，主橋鋼箱梁為單箱單室，寬15.75 m，腹板間距7.5 m，懸臂長(zhǎng)度為4.125 m，邊跨和中跨均由六個(gè)梁段組成，箱內(nèi)每隔2.5 m設(shè)置一道橫隔板，橋面板為正交異性橋面系結(jié)構(gòu)。主橋鋼箱梁橋面鋪裝方案為：4.5 cm超高韌性混凝土(STC)+應(yīng)力吸收層(高粘高彈瀝青+撒布4.75 mm～9.5 mm碎石)+3.5 cm瀝青磨耗層鋪裝。將橋面板轉(zhuǎn)變成鋼—STC組合結(jié)構(gòu)，在鋼箱梁上焊接剪力釘，設(shè)置鋼筋網(wǎng)，再澆筑STC層，然后在其上攤鋪瀝青混凝土磨耗層。

2 試驗(yàn)檢測(cè)方案

2.1 試驗(yàn)檢測(cè)區(qū)域

在便于試驗(yàn)開展的前提下，結(jié)合正交異性橋面板的受力特點(diǎn)，試驗(yàn)區(qū)域的選擇遵循了以下原則：1)盡量降低箱梁整體彎曲應(yīng)力的影響；2)避開梁端受力相對(duì)復(fù)雜的區(qū)段；3)試驗(yàn)區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)具有代表性。

綜合考慮上述原則，將試驗(yàn)區(qū)域縱向布置在邊跨直線段7.5 m長(zhǎng)的SS5梁段。

根據(jù)正交異性橋面板的受力特點(diǎn)及橋梁運(yùn)營(yíng)期間的車道劃分規(guī)劃，橫向測(cè)試區(qū)域主要布置在運(yùn)營(yíng)期間重車道可能對(duì)應(yīng)的區(qū)域(1號(hào)～7號(hào)U肋)。

2.2 測(cè)試部位設(shè)置

橋面板局部測(cè)試需全面反映組成正交異性橋面系的橫肋、縱肋、面板三種基本構(gòu)件及不同構(gòu)件連接部位的受力或變形狀況，測(cè)點(diǎn)布置要有代表性、可行性，重點(diǎn)突出。考慮到結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)條件，本次試驗(yàn)縱向選擇三個(gè)測(cè)試截面，橫向主要集中在運(yùn)營(yíng)期間重車輪跡線作用范圍的1號(hào)～7號(hào)縱肋部位，測(cè)試截面縱向布置。

2.3 測(cè)試內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)正交異性橋面板的受力特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)期間易于出現(xiàn)疲勞開裂的部位分布規(guī)律，主要包括以下內(nèi)容：

1)U肋縱向應(yīng)力：選擇A截面5號(hào)～7號(hào)U肋進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試；2)面板縱橫向應(yīng)力：選擇A截面5號(hào)～7號(hào)U肋間面板進(jìn)行測(cè)試；3)U肋及面板豎向變形：選擇A截面5號(hào)～7號(hào)U肋進(jìn)行測(cè)試；4)U肋與橫隔板連接部位應(yīng)力測(cè)試：選擇B截面U肋與橫隔板連接部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試；5)箱室縱向腹板與面板連接部位應(yīng)力測(cè)試：選擇A截面箱室縱向腹板與面板連接部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試；6)U肋嵌補(bǔ)段下緣焊縫部位應(yīng)力測(cè)試：選擇C截面6號(hào)、7號(hào)U肋嵌補(bǔ)段下緣焊縫部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 弧形切口邊緣應(yīng)力測(cè)試

弧形切口邊緣應(yīng)力測(cè)點(diǎn)S1～S5實(shí)測(cè)應(yīng)力與橫向加載輪位的關(guān)系，鋪裝鋪設(shè)前后，同一弧形切口邊緣實(shí)測(cè)應(yīng)力隨橫向加載輪位變化的規(guī)律基本一致，鋪裝前實(shí)測(cè)邊緣最大應(yīng)力為-116 MPa，鋪裝后實(shí)測(cè)邊緣最大應(yīng)力為-112 MPa，鋪裝鋪設(shè)前后弧形切口局部受力變化不大，相對(duì)鋪裝前，鋪裝后局部應(yīng)力平均降幅約為4%。

3.2 面板與箱梁腹板連接處應(yīng)力測(cè)試

面板與箱梁腹板連接部位實(shí)測(cè)應(yīng)力與橫向加載輪位的關(guān)系。相對(duì)鋪裝前，鋪裝后測(cè)試部位受力隨橫向加載輪位變化趨于平緩、均勻。

鋪裝前面板與腹板連接焊縫面板側(cè)焊縫焊趾處推算應(yīng)力為-61.4 MPa，鋪裝后為-56.3 MPa，面板與箱梁腹板連接焊縫腹板側(cè)焊縫焊趾處推算應(yīng)力為-23.2 MPa，鋪裝后為-20.4 MPa，相對(duì)鋪裝前，面板應(yīng)力降幅為8%，腹板應(yīng)力降幅為12%。

3.3 面板與U肋連接處應(yīng)力測(cè)試

面板與U肋腹板連接部位實(shí)測(cè)應(yīng)力與橫向加載輪位的關(guān)系。相對(duì)鋪裝前，鋪裝后測(cè)試部位受力隨橫向加載輪位變化趨于平緩、均勻。鋪裝前面板與腹板連接焊縫面板側(cè)焊縫焊趾處最不利推算應(yīng)力為-73.3 MPa，鋪裝后-19.1 MPa，面板與箱梁腹板連接焊縫腹板側(cè)焊縫焊趾處最不利推算應(yīng)力-61.4 MPa，鋪裝-35.9 MPa，相對(duì)鋪裝前，面板應(yīng)力降幅為75%，腹板應(yīng)力降幅為42%。

3.4 面板應(yīng)力測(cè)試

兩U肋間面板實(shí)測(cè)應(yīng)力與橫向加載輪位的關(guān)系。對(duì)平面應(yīng)力狀態(tài)下十字應(yīng)變花測(cè)點(diǎn)，按照以下公式算出各方向應(yīng)力：

相對(duì)鋪裝前，鋪裝后測(cè)試部位受力隨橫向加載輪位變化趨于平緩、均勻。面板以橫向受力更為不利，鋪裝前面板實(shí)測(cè)最不利橫向應(yīng)力為70.7MPa，鋪裝后為25.2MPa，相對(duì)鋪裝前，面板橫向應(yīng)力降幅為69%。

3.5U肋應(yīng)力測(cè)試

相鄰橫隔板U肋跨中底緣實(shí)測(cè)應(yīng)力與橫向加載輪位的關(guān)系。鋪裝前U肋底緣實(shí)測(cè)最不利縱向應(yīng)力為38.9MPa，鋪裝后為33.2MPa，相對(duì)鋪裝前，U肋底緣縱向應(yīng)力降幅為16%。同時(shí)選取了U肋嵌補(bǔ)段跨中側(cè)底緣進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)試，鋪裝前最不利縱向應(yīng)力為54.2MPa，鋪裝后為42MPa，相對(duì)鋪裝前，嵌補(bǔ)段U肋底緣縱向應(yīng)力降幅為21%。

3.6 構(gòu)件變形測(cè)試

相鄰橫隔板跨中U肋及面板豎向變形實(shí)測(cè)最不利，相鄰橫隔板跨中U肋及面板豎向變形與橫向加載輪位的關(guān)系。

鋪裝前U肋底緣實(shí)測(cè)最大豎向變形為0.43mm，鋪裝后為0.33mm，相對(duì)鋪裝前，U肋底緣豎向變形平均降幅為23%。對(duì)于面板豎向變形，鋪裝后測(cè)試部位變形隨橫向加載輪位變化趨于平緩、均勻，鋪裝前面板實(shí)測(cè)最大豎向變形為0.59mm，鋪裝后為0.44mm，相對(duì)鋪裝前，面板豎向變形平均降幅為27%。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)采用本鋪裝體系能夠有效降低面板與U肋連接部位及U肋間面板的應(yīng)力，相對(duì)鋪裝前，面板與U肋連接部位焊縫面板側(cè)焊趾應(yīng)力平均降低為75%，U肋腹板側(cè)焊趾應(yīng)力平均降低為42%，U肋間面板應(yīng)力平均降低約為69%。

2)采用本鋪裝體系對(duì)U肋與橫隔板連接焊縫下端焊趾處應(yīng)力存在一定改善，鋪裝后應(yīng)力平均降低約26%，U肋與橫隔板連接焊縫下端側(cè)面焊趾處應(yīng)力平均降低27%。

3)采用本鋪裝體系對(duì)U肋底緣應(yīng)力存在一定改善，鋪裝后，相鄰橫隔板U肋跨中底緣應(yīng)力平均降低約16%，嵌補(bǔ)段U肋下緣應(yīng)力平均降低約21%。

4)采用本鋪裝體系對(duì)面板與箱梁腹板連接部位受力改善效果有限，鋪裝后，面板與箱梁腹板連接部位焊縫面板側(cè)焊趾應(yīng)力平均降低為8%，腹板側(cè)焊趾應(yīng)力平均降低為12%。

5)采用本鋪裝體系對(duì)弧形切口邊緣應(yīng)力改善效果不明顯，鋪裝后，弧形切口邊緣應(yīng)力平均降低約4%。

6)采用本鋪裝體系，橋面系構(gòu)件變形(U肋、面板)能夠得到一定改善，鋪裝后，U肋變形平均降低約23%，面板變形平均降低約27%。

4.2 建議

該鋪裝方案可以明顯降低U肋與面板連接部位局部應(yīng)力，但U肋與橫隔板連接部位弧形缺口處部位的改善效果不明顯，對(duì)U肋與箱梁腹板連接部位的改善效果有限，建議橋梁運(yùn)營(yíng)期間加強(qiáng)對(duì)上述疲勞敏感部位的觀察。

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，工程師

U443.33

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