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        鋼橋面鋪裝組合結(jié)構(gòu)性能與適用性分析

        2023-10-08 04:28:34曾成福顏華平
        中國公路 2023年16期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)

        曾成福 顏華平

        (1.江西省交通工程集團(tuán)有限公司,江西 南昌 330000;2.江西省交通投資集團(tuán)南昌北管理中心,江西 南昌 330000)

        0 引言

        橋面鋪裝質(zhì)量直接影響行車的舒適性和安全性,經(jīng)過長期研究和試驗(yàn),世界各地已成功應(yīng)用了大量的鋼結(jié)構(gòu)橋梁鋪裝。但是,鋼橋面上仍存在較為嚴(yán)重的路面結(jié)構(gòu)病害。目前,關(guān)于鋼橋面鋪裝技術(shù)仍存在一定爭議,并沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。橋面鋪裝層直接作用于各向異性鋼橋面,具有復(fù)雜的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài),在外部環(huán)境、超載等作用下容易發(fā)生損壞。幾乎所有的鋼橋面鋪裝層都會出現(xiàn)推移病害和車轍病害。目前,國內(nèi)外尚沒有完全解決的方法。針對這一問題,除了引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)計技術(shù),研究開發(fā)優(yōu)秀的新型鋪裝材料外,還必須分析鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的性能。

        目前,國內(nèi)外鋼橋面主要采用五種鋪裝材料,即澆注式瀝青混凝土混合料(GA)、SMA瀝青混合料、SMA改性瀝青混合料、環(huán)氧瀝青混合料(EA)和樹脂瀝青組合體系。主要采用的3種典型鋪裝結(jié)構(gòu)是,同類材料單層鋪裝(同質(zhì)單層)、同一種材料雙層鋪裝(同質(zhì)雙層)和不同材料雙層鋪裝(異質(zhì)雙層)。相關(guān)研究表明,由于氣候條件和交通條件的原因,單層橋面鋪裝結(jié)構(gòu)并不適用于我國。例如,采用單層GA路面結(jié)構(gòu)的江陰長江大橋出現(xiàn)了嚴(yán)重的橫向、縱向裂縫,塊狀裂縫,以及推移和車轍等早期破壞。因此,本文選擇3種常用的鋼橋面鋪裝材料(SMA、GA、EA),分析其同質(zhì)雙層和異質(zhì)雙層的不同組合結(jié)構(gòu)性能。

        1 試驗(yàn)材料

        目前,鋼橋面鋪裝主要由不同鋪裝功能的雙層結(jié)構(gòu)組合形成。作為表面層的功能,上面層應(yīng)具有良好的路面性能,需要能夠滿足抗裂性和抗?jié)B性。下面層應(yīng)具有良好的抗水損性和抗荷載功能。

        高性能聚合物改性瀝青具有較長的疲勞壽命和較低的開裂溫度。在大跨徑鋼橋面鋪裝中,保護(hù)層采用澆注式瀝青混合料時,表面磨耗層通常采用高彈改性瀝青SMA,該組合結(jié)構(gòu)在港珠澳大橋、武漢楊泗港大橋等120多座大跨徑鋼橋上的應(yīng)用面積超300萬平方米。環(huán)氧瀝青混凝土具有強(qiáng)度大、耐高溫、黏結(jié)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),作為鋼橋面鋪裝的下面層,不僅能夠承受較大的荷載作用,且與鋼橋結(jié)構(gòu)黏結(jié)牢固,表現(xiàn)出良好的路用性能。

        因此,本文分析了3 種典型鋪裝結(jié)構(gòu),分別為“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”和“EA-10+SMA-13”。各結(jié)構(gòu)層采用相同的4cm厚度。

        2 路用性能研究

        2.1 高溫抗車轍試驗(yàn)

        在60℃和70℃條件下,分別測試3種鋪裝結(jié)構(gòu)的動穩(wěn)定度和車轍深度,車轍試件成型按鋪裝下層—黏結(jié)層—鋪裝上層的順序開展。對于澆注式瀝青混凝土則采用自流平方式成型,對于環(huán)氧瀝青混凝土則采用輪碾成型。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

        從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,高溫抗車轍性能從高到低為:“EA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13。60℃下的動穩(wěn)定度均大于4000次/mm,車轍深度均小于1.2mm。當(dāng)試驗(yàn)溫度提高到70℃時,只有“GA-10+SMA-13”組合結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度低于2800次/mm,另外兩種組合結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度仍大于4000次/mm,車轍深度均小于1.5mm。這表明3種鋪裝結(jié)構(gòu)組合方案均具有良好的耐高溫性能,但是,在鋼橋面上采用“GA-10+SMA-13”鋪裝結(jié)構(gòu)時,須注意其在高溫條件下的穩(wěn)定性。

        2.2 疲勞試驗(yàn)

        對3種鋪裝結(jié)構(gòu)開展疲勞試驗(yàn),成型的試驗(yàn)板尺寸為700mm×200mm×98mm。試驗(yàn)中,將試件放在直徑為50mm,間距為300mm的3個鋼制滾柱支座上,借助伺服液壓油缸施加正弦波荷載,通過四腳施力架將加載力直接導(dǎo)向鋼板。疲勞試驗(yàn)參數(shù)如表3所示。

        表2 疲勞試驗(yàn)參數(shù)

        表3 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

        從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,抗疲勞性能從高到低為:“EA-10+SMA-13”“GA-10+SMA-13”“SMA-10+SMA-13”。3種鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命均隨著應(yīng)變水平的增加而降低,疲勞壽命變化趨勢是相同的。在500應(yīng)變水平條件下,3種鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命均達(dá)到了80萬次以上,其中EA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞壽命可達(dá)100萬次。因此,在鋼橋面上采用3種鋪裝結(jié)構(gòu)均具有較好的疲勞耐久性。

        2.3 其他路面性能分析

        通過室內(nèi)試驗(yàn)及對大量文獻(xiàn)的閱讀研究,分析比較了3種鋪裝結(jié)構(gòu)的其他路面性能,研究結(jié)果如表4所示。

        從表4可以看出,3種鋪裝結(jié)構(gòu)的抗裂性能均表現(xiàn)一般;水穩(wěn)定性EA-10+SMA-13和SMA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)較好;EA-10+SMA-13和GA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)抗老化性能和耐久性均較好;因?yàn)?種鋪裝結(jié)構(gòu)的表面層均為SMA-13,所以,它們在抗滑性能和交通噪聲方面均表現(xiàn)較好。

        表4 其他路面性能比較分析

        3 適用性分析

        通過對路用性能的分析,建議根據(jù)交通荷載情況選擇不同的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合。不同鋪裝結(jié)構(gòu)的適用條件如表5所示。

        表5 鋪裝結(jié)構(gòu)適用條件

        EA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)因其具有優(yōu)異的抗車轍性能和耐久性,推薦用于特重交通等級鋼橋面。盡管GA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)整體有一定的抗車轍性能,但是GA缺乏高溫穩(wěn)定性,易形成車轍,這種結(jié)構(gòu)在重載交通路段可考慮使用。因?yàn)镋A和GA施工難度較大,且成本較高,輕交通路段不建議考慮這兩種材料,考慮到經(jīng)濟(jì)性,推薦使用SMA-10+SMA-13結(jié)構(gòu)。

        4 結(jié)束語

        EA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)具有抗車轍性能好、耐久性好及耐低溫開裂的優(yōu)勢,但造價高、施工難、維護(hù)時間長;由于GA空隙率低,GA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)具有防水、防腐、抗老化等優(yōu)點(diǎn),同時具有優(yōu)異的抗滑、耐久性能;SMA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)具有技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)和施工優(yōu)勢,非常適用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁鋪裝;EA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)推薦用于非常繁忙的交通,中、重交通路段可以考慮采用GA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu),輕交通情況下建議使用SMA-10+SMA-13鋪裝結(jié)構(gòu)。

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