大跨徑鋼桁架橋橋面鋪裝層材料及結構設計.pdf

1、目前正值我國經(jīng)濟飛速發(fā)展時期，公路網(wǎng)絡正在迅速形成。大跨徑鋼橋由于其具有質輕、經(jīng)濟、架設方便等特點被越來越廣泛的應用于公路工程中。然而，隨著時間的檢驗其缺點也逐漸暴露出來，國內(nèi)諸多鋼橋在建好不久其鋼橋面鋪裝層就出現(xiàn)病害，其主要有疲勞開裂、車轍、推移、擁包、脫粘等。針對以上問題，并結合枝城長江大橋公路橋維修加固工程，開展大跨徑鋼桁架橋鋼橋面鋪裝層材料與結構設計的研究。通過對大跨徑鋼桁架橋橋面鋪裝層的破壞形態(tài)、病害原因的研究分析，確定了鋼橋

2、面鋪裝層材料及結構設計方案，即鋼橋面板+剪力釘+鋼筋網(wǎng)+高韌性輕質混凝土+粘結層+SMA-16，并明確了對鋪裝層材料的性能要求；在此基礎上，進行鋪裝層材料，尤其是下面層材料—高強高韌性輕質混凝土的研究與制備；借助ANSYS軟件對這種鋼橋面鋪裝層的材料及結構進行了靜載-輪載作用下的應力、應變理論分析，取得了如下成果：
　　1）通過對鋼橋面鋪裝病害原因分析，確定了大跨徑鋼桁架橋橋面鋪裝層結構方案，明確了對鋪裝層材料的要求，特別是鋪裝下

3、面層材料—高韌性輕質混凝土的性能要求：干表觀密度≤1950kg/m3；28d抗壓強度≥58.0MPa，28d抗折強度≥7.0MPa，28d抗拉強度≥5.0MPa，28d彈性模量≤30GPa；韌性指數(shù)I20≥15；抗?jié)B等級達P12以上；90d干縮率≤3.0×10-4。此外，為滿足施工工藝的要求，并保證施工進度，LC50高韌性輕集料混凝土還應滿足如下的性能要求：初始坍落度≥180mm，2h坍落度≥160mm，不分層、不離析泌水，滿足泵送要求

4、；3d抗壓強度≥35.0MPa，3d抗拉強度＞5.0MPa；3d抗折強度＞4.0MPa
　　2）通過正交實驗設計方法進行了LC50混凝土配合比設計，并運用輕集料混凝土工作性控制技術、纖維與聚合物復合增韌技術，開發(fā)了高韌性輕質混凝土LC50，其配合比為：水泥：粉煤灰：砂子：污泥陶粒：水：減水劑：鋼纖維：高分子聚合物=500：50:680:530:150:12.1:60：0.06。在此基礎上，研究制備了鋪裝下面層用的微膨脹抗裂輕質濕接

5、縫混凝土。
　　3）LC50輕質混凝土性能研究表明，其各項性能均滿足本鋪裝方案要求：初始坍落度180mm以上，1h后坍落度160mm以上，不泌水、不離析，和易性良好。其28d抗壓強度達到67.2MPa，28d抗折強度達到7.6MPa，28d極限抗拉值達到1.81×10-4，韌性指數(shù)I20達到22.2，在0.6應力水平下抗彎疲勞壽命達到200萬次以上，28d收縮率為2.35×10-4，抗?jié)B等級達到P12以上。對28d齡期的輕骨料－水

6、泥漿體界面過渡區(qū)的SEM研究表明，陶粒表面有較多的水化產(chǎn)物C-S-H等，這很可能一方面是因為硅灰的火山灰反應生成了更多的凝膠產(chǎn)物，同時破壞了Ca(OH)2規(guī)則排列，從而提高了輕骨料與水泥石之間的粘結性能；另一方面，是由于陶粒的內(nèi)養(yǎng)護作用使輕集料附近的水泥能更充分地水化，增加了界面區(qū)的密實程度。微膨脹抗裂輕質濕接縫混凝土28d抗壓強度達到64.2MPa，28d抗折強度達到7.7MPa，韌性指數(shù)I20達到21.3，60d齡期時混凝土的體積變

7、形基本穩(wěn)定，此時膨脹率為2.5×10-4，抗?jié)B等級達P12以上。
　　4）為了提高鋪裝上面層的防水防滲、水穩(wěn)定性、抗高溫抗軟化和低溫開裂及抗疲勞性能，研究制備出高粘高彈應力吸收層材料和上面層高粘 SMA-16瀝青混合料。
　　5）借用ANSYS對鋼橋面鋪裝層進行了靜載作用下的仿真模擬分析。結果表明，隨著剪力釘分布逐漸密集，鋼橋面鋪裝層各項應力應變指標有所降低，根據(jù)受力分析結果，300mm×300 mm為最佳選擇方案，但是考慮