淺談大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計

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)計難度較大。對此，本文首先對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面受力特性以及鋪裝特點進行分析，然后對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面設(shè)計指標(biāo)進行分析，并對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面設(shè)計流程進行詳細(xì)探究，以期為實際工程提供參考。

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

引言

大跨徑橋梁工程建設(shè)的作用是促進社會經(jīng)濟發(fā)展，為人們?nèi)粘３鲂刑峁┍憷?，因此，必須加強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，在鋼橋面鋪裝設(shè)計中，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，亟須對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計要點進行深入研究。

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)計過程中，首先需了解橋面結(jié)構(gòu)受力特性：①對鋼橋面結(jié)構(gòu)疲勞性、斷裂性以及彈性進行全面細(xì)致的分析，計算最大荷載。②對鋼橋面靜載狀態(tài)以及動載過程中的受力情況進行分析，判斷橋面鋪裝體系可靠性。③創(chuàng)建橋面鋪裝受力模型，對相關(guān)設(shè)計參數(shù)進行計算，包括鋪裝層結(jié)構(gòu)厚度、鋼板規(guī)格、橫板間距、梁柱等，通過對鋼橋面鋪裝體系整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，提升橋面受力強度。④綜合考慮橋梁工程建設(shè)區(qū)域環(huán)境氣候，對鋼橋面鋪裝受力形式進行分析，采用計算機軟件創(chuàng)建橋面鋪裝結(jié)構(gòu)模型，在各個模型中，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，對車輛后軸一側(cè)輪胎進行加載，在超載以及沖擊作用下，對鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)受力情況進行計算分析[1]。

2大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝特點

（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，進而影響橋面剛度、強度，對此，在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中，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，維護管理難度大，隨著使用年限的增加，鋼橋面鋪裝層會逐漸暴露出很多病害，進而影響行車安全性[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，其破壞形式比較多，比如，在鋼橋面鋪裝設(shè)計中，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，容易發(fā)生疲勞斷裂或者斷裂破壞。對此，在鋼橋面鋪裝層設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮橋梁工程建設(shè)區(qū)域環(huán)境氣候特征，對常見的橋面鋪裝層破壞形式進行分析，為了減少疲勞開裂、斷裂等破壞形式，在設(shè)計過程中，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)計指標(biāo)

在大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計中，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)勢明顯，溫度使用范圍比較高，并且對于環(huán)境溫度的敏感性較低，結(jié)構(gòu)強度高，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)計流程

大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計流程如圖1所示。

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

（2）對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝層的使用條件進行分析，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，對橋面鋪裝層設(shè)計年限中的標(biāo)準(zhǔn)軸載進行計算，對交通通行量進行累計計算，進而確定鋼橋面鋪裝層使用年限。

（3）對鋼橋面鋪裝層以上車轍的有效溫度進行計算，在具體的設(shè)計過程中，可在不同環(huán)境溫度下進行車轍試驗，根據(jù)實驗結(jié)果確定計算值。另外，還應(yīng)在有效溫度條件下開展車轍蠕變試驗，對于試驗所得結(jié)果進行回歸計算分析，確定回歸系數(shù)。除此以外，在鋼橋面鋪裝層設(shè)計中，還需對鋪裝層泊松比、抗壓回彈模量進行測定分析，進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)計材料方案。

（4）對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面運營中瀝青混合料鋪裝層的常見破壞形式進行分析，在設(shè)計過程中，對驗算指標(biāo)進行準(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)力進行計算，據(jù)此創(chuàng)建回歸擬合模型。

（6）對鋼橋面鋪裝層最大拉應(yīng)力進行計算，首先確定橋梁設(shè)計年限，然后再根據(jù)一個車道中標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量的作用次數(shù)，對鋪裝層表面所允許最大拉應(yīng)變值進行計算。

（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)此可對橋面鋪裝層厚度進行設(shè)計，能夠保證橋面鋪裝層施工和運營安全性。

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

5結(jié)束語

綜上所述，本文主要對大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計要點進行了詳細(xì)探究。在橋梁工程運營中，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)計質(zhì)量，要求綜合考慮各項影響因素，選擇適宜的鋪裝層施工材料，對鋪裝層厚度、工藝進行優(yōu)化設(shè)計，提升鋼橋面鋪裝設(shè)計水平，延長大跨徑橋梁工程使用年限。

參考文獻

[1] 馮超，謝科.大跨徑連續(xù)鋼箱梁鋼橋面鋪裝設(shè)計[J].工程建設(shè)與設(shè)計，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)計院有限公司，研究方向：市政工程設(shè)計。