超高韌性砼橋面鋪裝對連續鋼箱梁橋整體受力影響研究

魯宏偉

（佛山市公路橋梁工程監測站，廣東佛山 528041）

超高韌性砼橋面鋪裝對連續鋼箱梁橋整體受力影響研究

魯宏偉

（佛山市公路橋梁工程監測站，廣東佛山 528041）

橋梁鋪裝是橋梁建設中的一項技術難題，橋面鋪裝的性能直接影響行車的安全性、舒適性及橋梁結構的耐久性。文中以廣東佛山市佛陳路快速化改造佛陳大橋擴建工程主橋三跨連續鋼箱梁橋為對象，分析研究超高韌性砼STC（SuperToughnessConcrete）橋面鋪裝對連續鋼箱梁橋整體受力的影響。

橋梁；超高韌性砼（STC）；改性瀝青SMA；橋面鋪裝；結構受力；結構變形

1　佛陳大橋擴建工程橋面鋪裝設計

佛陳大橋擴建工程是在舊佛陳大橋兩側各新建一座橋梁，位置與原橋一致。根據原橋交通量和軸載調查與預測結果，該橋左右幅交通量均較大，左幅以小客車居多，軸載較小，右幅以運輸鋼材的貨車為主，軸載大，并存在超載現象。根據實際交通狀況和地理位置氣候環境條件，結合鋼箱梁的鋪裝類型，主橋鋼箱梁橋面鋪裝設計如下：1）人行道，1.5cm防滑磚+1.5cm水泥砂漿+4cm細石防水砼；2）行車道，左幅采用雙層（3.5+3.5）cm改性瀝青SMA -13鋪裝，右幅采用5cm超高韌性砼（STC）+2 cm瀝青磨耗層鋪裝。

右幅主橋鋼橋面鋪裝施工方案如下：在鋼主梁上鋪設薄層STC層，將鋼箱梁轉變成剛-STC組合連續梁結構，即在鋼箱梁上焊接剪力釘，再澆筑STC層，然后在其上攤鋪瀝青砼磨耗層。STC的性能見表1。

表1　STC的性能指標

2　計算模型的建立

采用專業軟件MIDAS/Civil2013進行理論計算，采用空間有限元程序MIDAS/FEA3.0建立全橋板單元+實體單元模型進行復核計算。建立計算模型時主要作以下考慮：1）鋼箱梁薄壁截面采用截面導入，橫隔板按集中力模擬；2）邊界支撐按實際情況考慮；3）假設STC鋪裝層和鋼橋面板都為均勻、完全連續和各向同性材料；4）假設STC鋪裝層與鋼橋面粘結良好，協同受力。

3　試驗方案

3.1試驗截面的選取

根據該橋的跨徑組成和結構特點，依據靜載試驗的相關要求，選取佛陳橋擴建工程主橋（58.51+ 112.8+58.51）m三跨連續鋼箱梁作為試驗橋跨，檢測控制截面（A、B、C）見圖1。

圖1　左、右幅主橋三跨連續鋼箱梁檢測截面位置示意圖（單位：m）

3.2測點布置

（1）撓度測點布置。選取測試截面、四分點和支點各布置1組撓度測點。在箱梁兩側位置布置撓度測點，并在測試截面中部位置加密布置測點（如圖2所示）。

圖2　三跨連續鋼箱梁撓度測點布置（單位：m）

（2）應力（應變）測點布置。試驗橋跨為連續結構，應力檢測控制截面選擇在邊跨，分別為最大正彎矩截面、墩頂負彎矩截面及中跨跨中最大正彎矩截面。左、右幅主橋各測試截面應變測點位置如圖3 ～4所示。

圖3　左、右幅主橋A、C截面應變測點布置（單位：cm）

圖4　左、右幅主橋B截面應變測點布置（單位：cm）

3.3試驗加載

采用三軸載重汽車加載，單車重300kN，其軸重、軸距及平面布置如圖5所示。

圖5　加載汽車軸重、軸距及平面布置（單位：cm）

4　試驗結果及分析

佛陳大橋擴建工程主橋三跨連續鋼箱梁的結構形式完全一致，鋼箱梁制造和施工均為相同單位，施工質量和施工進度較一致，主要區別為采用不同類型的橋面鋪裝。為減少環境因素對試驗結果的影響，試驗在溫度較穩定的夜晚進行。

4.1撓度試驗結果與分析。

各測試截面撓度試驗結果如表2～3所示。從表2和表3可以看出：采用STC鋪裝的鋼橋整體受力偏小，根據理論計算，邊跨A截面STC鋪裝對整體撓度的貢獻減少17.5%，實際撓度減少8.1%，實際貢獻率約為理論計算的一半；根據理論計算，中跨C截面STC鋪裝對整體撓度的貢獻減少11.1%，實際撓度減少8.2%，實際貢獻率占理論計算的74%。

表2　A截面試驗撓度對比分析

表3　C截面試驗撓度對比分析

4.2應變試驗結果與分析

各測試截面應變試驗結果如表4所示。由表4可知：采用STC鋪裝對鋼箱梁底板整體受力影響較小，對鋼箱梁頂板整體受力影響較明顯。各截面理論受力貢獻率相差較大，邊跨（A截面）底板理論應力減少3.0%，實測應力增加10.4%；頂板理論應力減少52.6%，實測應力減少30.9%。主墩墩頂（B截面）底板理論應力減少17.1%，實測應力減少23.2%；頂板理論應力減少24.5%，實測應力減少20.5%。跨中（C截面）底板理論應力減少2.5%，實測應力減少4.5%；頂板理論應力減少31.1%，實測應力減少46.6%。

表4　各測試截面應變對比分析

5　結論

（1）STC鋪裝提高了橋梁的整體剛度，相同加載形式下，邊跨撓度理論值減少17.5%，實際撓度減少8.1%；中跨撓度理論值減少11.1%，實際撓度減少8.2%。

（2）STC鋪裝可減小鋼箱梁整體受力，其中對鋼箱梁頂板應力水平的減小較為明顯，對底板應力水平的減小較小。

（3）三跨連續鋼箱梁邊跨、主跨和主墩墩頂截面應力受STC橋面鋪裝的影響不同。

［1］ 鄭楷柱，河海，梁立農.佛陳大橋（擴建）連續鋼箱梁的結構與鋪裝設計［A］.第十一屆魯粵遼湘路橋技術論壇論文集［C］.2014.

［2］ 潘友強，郭忠印.大跨徑連續鋼箱梁鋼橋面鋪裝設計［J］.同濟大學學報：自然科學版，2013，41（6）.

［3］ 徐君蘭，孫淑紅.鋼橋［M］.北京：人民交通出版社，2010.

U443.33

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1671-2668（2016）04-0190-03

2016-03-23