正交異性鋼橋面—PC薄層組合鋪裝體系研究

摘 要：為了綜合解決鋼橋面疲勞開裂和鋪裝層易損壞兩大棘手問題，本文提出薄層活性粉末混凝土（RPC）鋼橋面組合結構.正交異性鋼橋面鋪裝有限元模型計算結果表明：相對于柔性鋪裝，組合鋪裝體系中鋪裝層最大拉應力、剪應變、豎向位移降幅分別為54.8%，78.9%和39.1%；組合鋪裝體系結合面抗剪試驗及鋼橋面RPC懸臂梁抗拉疲勞試驗結果表明：在高溫（60 ℃）不利條件下，RPC與瀝青磨耗層界面抗剪強度為1.3 MPa；RPC與鋼板抗剪栓釘承載力為66.75 kN；在拉應力幅值7.5～14.5 MPa條件下，鋼橋面RPC懸臂梁承受200萬次疲勞荷載沒有出現裂縫.研究結果顯示，薄層組合橋面鋪裝體系，有效降低了鋪裝體系應力應變幅值以及局部豎向變形，且鋪裝層各結合面抗剪強度可以滿足使用要求.

關鍵詞：鋼橋；橋面鋪裝；活性粉末混凝土；組合結構；力學計算；室內試驗

中圖分類號： U443.33 文獻標識碼：A

從圖5中可看出，下層模量從1.5 GPa增大至40 GPa，鋪裝上層最大拉應力、下層最大拉應變、上層最大剪應變、下層最大剪應變的降幅依次為54.8%，60.9%，4.6%和78.9%.這表明：隨著下層模量的增大，鋪裝體系剛度隨之提高，受力狀況得到了顯著改善，從而降低了鋪裝層的應力應變水平；另一方面，瀝青上面層剪應變對下層材料模量不敏感，所受到的剪切作用與下層材料模量關系不大.

圖6 顯示，模量比從1增加到26.7，即下層模量從1.5 G Pa增大至40 GPa，鋪裝層表面最大豎向位移從1.667 mm降低到1.015 mm，降幅為39.1%.

以上力學分析表明，剛度大的鋪裝下層能有效減小鋪裝層頂局部豎向位移，降低整個鋪裝體系應力應變幅值；下層采用模量為40 GPa的RPC材料，有利于對行車荷載的擴散作用，削弱荷載的局部效應，減小鋪裝層表面的最大拉應力，從而大大降低鋪裝層的疲勞開裂以及超載作用產生的一次性斷裂破壞的風險.

鋼橋面鋪裝主要破壞形式為鋪裝層及鋼結構疲勞開裂、鋪裝層脫層、滑移等.本文選取拉應力（應變）、剪應力（應變）、豎向位移等相關指標進行分析與研究，重點關注鋪裝結構橫橋向及順橋向的拉應力（應變）、剪應力（應變）.本文進行了各個力學指標的最不利荷位分析，將圖3中4個車輪布置在有限元模型上，考慮的荷位分為2種情況：順橋向荷位、橫橋向荷位，如圖4所示經計算，順橋向荷位I和橫橋向荷位②是最不利荷位，下文力學計算結果均在最不利荷位下取得.