大跨径钢桥桥面铺装设计方法探析.doc

大跨径钢桥桥面铺装设计方法探析 摘要：钢桥在国内外的使用历史已经很长，对其面层铺装的研究也在一直不断的发展，考虑到其特殊的位置及受力特点，就必须要严格于普通路面和一般的混凝土桥面。也基于其自身的设计和施工方法、采用的规范，都有着自身特点贯穿。本文由作者经验，对大跨径钢桥桥面铺装设计原则进行了论述，从研究对象的标准轴载入手，有针对性的研究了标准轴载的累计当量，并将其累计次数进行了合理的换算，给出理论公式。关键词：大跨径钢桥；桥面铺装；设计方法1、 前言随着我国道路交通的快速发展,越来越多的桥梁投入使用，从统计数字来看，目前最为合理有效的大跨径桥梁的结构形式应该是加劲的钢箱梁桥，其桥面铺装面层结构往往由防锈层、粘结层、沥青混合料等几个主要铺装层构成,上述面层直接铺筑于钢箱梁正交异性桥面板之上。2、国内外钢桥面铺装研究现状 国外从上世纪开始就已经在设计使用大跨径钢梁斜拉桥、悬索桥，在桥面层的设计上也有很多成熟的办法和经验，一些国家投入了很多精力财力，来进行研究。目前在此最早开展钢桥面铺装研究和实践的国家是德国，随后法国、日本等多个国家也将其作为研究重点进行攻关。 目前国外桥面铺装的设计研究可围绕使用材料进行下述分类： 一是德国、日本首先推出的高温拌和料以及大流动性沥青混凝土(Gussasphalt)方案;二是以英国为主要研究国的沥青玛蹄脂混凝土( Mastic asphalt )方案；三是德国和日本近年来提出的改性沥青设计方案(Stone Mastic Asphalt)；最后是欧美较为推崇的环氧树脂沥青(Epoxyasphalt )混凝土方案。我国对于正交异性钢桥面板桥梁的研究设计和使用开始于上个世纪八十年代，同时也开展了对钢桥面铺装技术的深入研究。最早设计和投入使用的是广东省北江大桥，该结构采用简支钢箱结构，正交异性钢桥面板，桥面面层使用了氯丁橡胶沥青混凝土。3、大跨径钢桥桥面铺装设计基本原则对于大跨径钢桥而言，其钢桥面铺装材料的选择及其使用方案，是整个设计环节中很关键的一环，结合本人实际经验，建议对于大跨径钢桥桥面铺装设计遵循如下几点原则：(1)对大跨径钢桥桥面所在地区的外部条件进行整体考虑，利用弹性力学理论，使用相关的有限元软件对其受力条件进行合理分析，到其动力荷载响应。(2)考虑铺装层的主要破坏类型，对于常见的破坏形式拿出合理有效的控制办法，给出相应的设计参数。(3)采用结构疲劳指标，对其进行换算，可以合理的使用力学模型进行演算。此法也可适用于同样结构形式的桥面修复。(4)大跨径钢桥桥面铺装设计材料特性参数既要考虑连续状态又要考虑滑动状态。(5)充分考虑到铺装层与钢桥面板间的抗剪切性能和变形协调性。4、 大跨径钢桥桥面铺装设计标准轴载及轴载换算针对不同交通条件进行相应的桥面铺装分析，并根据结构分析结果进行设计，这就需要考虑到交通量的随机变化、构成荷载的具体的车型、荷载值、轴距、荷载分布等，得到综合作用产生的对桥面铺装的影响。因此，必须得到所在地的交通量变化情况、分布情况进行统计，依此作为钢桥面铺装材料选择的依据。同时可按照相应数值确定结构设计指标容许值，铺装层的使用寿命年限也可依此进行设计。目前的统计工作往往只给出周边公路或桥梁已有的交通量统计数值，但是并未细化到具体车型通过率、轴型与轮组、及各级轴载分布率。由于2.5吨以下的小微型车的对桥面的力学作用较小，将其忽略。参照轴载换算方法进行换算，将大桥的双向日平均当量值作为使用次数，按车道系数进行叠加、并将交通量基本增长率和不同时间的交通量高峰系数考虑进设计年限内。按照不同时段的标准轴载的统计量作用次数，对铺装轴载进行疲劳等效换算。当采用铺装层表面最大拉应力或拉应变作为设计指标时，对于轴载超过25 kN的全部作用次数，可按照下式进行换算，从而得到标准标准轴载作用次数：: N （1）上式中:N：标准轴载作用次数N i：被换算车型的各级轴载作用次数P：标准轴载 Pi：被换算车型的各级轴载 N：轴载换算指数;C1：轴型系数C2：轮组系数m：全部轴载级位数因此对于此种桥面铺装设计，对其使用年限内，统计其标准轴载的累计当量作用次数，应该按照下式进行设计： （2）：单车道上标准轴载的累计当量作用次数；：为设计年限；：为竣工后第一年标准轴载双向日平均当量作用次数,：为设计年限末年标准轴载双向日平均当量作用次数,：为设计年限内交通量的平均年增长率；：车道系数,5、大跨径钢桥桥面铺装设计步骤及流程从上述分析可知,大跨径钢桥的桥面铺装可以按照下述步骤进行：(1)分析结构所在地的整体外部环境，定量的确定所受温度荷载和动力荷载；(2)最为接近的确定桥梁所处的位置的交通情况径钢桥桥面铺装的交通使用条件,应用式(1)能够得到平均当量作用次N值，通过计算式(2)可得累计当量作用次数Neq;(3)按照既定的条件，得到面层设计初步方案，确定使用材料方案，进而通过实验求得整体面层的力学参数。(4)按照铺装面层可能的破坏形式，对上述破坏形式进行控制分析，进而确定结构设计控制指标和验算指标;(5)利用通用有限元软件对结构层和面层进行分析，得到最大拉应变与铺装厚度的回归拟合模型;(6)从模型中求得最大拉应变值，进而通过疲劳验算得到材料设计的合理性，如果存在偏差则要进行修正；(7)充分满足上述力学条件，对结构和面层进行可靠度分析与设计。6、结论 近些年来，国内大跨径桥梁更多的习惯于采用钢箱梁结构，相对于普通混凝土结构的桥梁，钢箱梁桥面的受力情况更复杂、桥面承受的温度荷载效应更加明显，车辆的超载超限更增加了桥梁使用阶段的不利因素，无形中也加大了设计人员的设计难度。希望本文能够为相关的设计者提供有效的参考依据。参考文献：1教子川曲线连续刚构桥沥青混