超高韧性砼桥面铺装对连续钢箱梁桥整体受力影响研究

2016-09-14鲁宏伟

公路与汽运 2016年4期

关键词：主桥钢箱梁桥面

鲁宏伟

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东佛山 528041）

超高韧性砼桥面铺装对连续钢箱梁桥整体受力影响研究

鲁宏伟

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东佛山 528041）

桥梁铺装是桥梁建设中的一项技术难题，桥面铺装的性能直接影响行车的安全性、舒适性及桥梁结构的耐久性。文中以广东佛山市佛陈路快速化改造佛陈大桥扩建工程主桥三跨连续钢箱梁桥为对象，分析研究超高韧性砼STC（SuperToughnessConcrete）桥面铺装对连续钢箱梁桥整体受力的影响。

桥梁；超高韧性砼（STC）；改性沥青SMA；桥面铺装；结构受力；结构变形

1　佛陈大桥扩建工程桥面铺装设计

佛陈大桥扩建工程是在旧佛陈大桥两侧各新建一座桥梁，位置与原桥一致。根据原桥交通量和轴载调查与预测结果，该桥左右幅交通量均较大，左幅以小客车居多，轴载较小，右幅以运输钢材的货车为主，轴载大，并存在超载现象。根据实际交通状况和地理位置气候环境条件，结合钢箱梁的铺装类型，主桥钢箱梁桥面铺装设计如下：1）人行道，1.5cm防滑砖+1.5cm水泥砂浆+4cm细石防水砼；2）行车道，左幅采用双层（3.5+3.5）cm改性沥青SMA -13铺装，右幅采用5cm超高韧性砼（STC）+2 cm沥青磨耗层铺装。

右幅主桥钢桥面铺装施工方案如下：在钢主梁上铺设薄层STC层，将钢箱梁转变成刚-STC组合连续梁结构，即在钢箱梁上焊接剪力钉，再浇筑STC层，然后在其上摊铺沥青砼磨耗层。STC的性能见表1。

表1　STC的性能指标

2　计算模型的建立

采用专业软件MIDAS/Civil2013进行理论计算，采用空间有限元程序MIDAS/FEA3.0建立全桥板单元+实体单元模型进行复核计算。建立计算模型时主要作以下考虑：1）钢箱梁薄壁截面采用截面导入，横隔板按集中力模拟；2）边界支撑按实际情况考虑；3）假设STC铺装层和钢桥面板都为均匀、完全连续和各向同性材料；4）假设STC铺装层与钢桥面粘结良好，协同受力。

3　试验方案

3.1试验截面的选取

根据该桥的跨径组成和结构特点，依据静载试验的相关要求，选取佛陈桥扩建工程主桥（58.51+ 112.8+58.51）m三跨连续钢箱梁作为试验桥跨，检测控制截面（A、B、C）见图1。

图1　左、右幅主桥三跨连续钢箱梁检测截面位置示意图（单位：m）

3.2测点布置

（1）挠度测点布置。选取测试截面、四分点和支点各布置1组挠度测点。在箱梁两侧位置布置挠度测点，并在测试截面中部位置加密布置测点（如图2所示）。

图2　三跨连续钢箱梁挠度测点布置（单位：m）

（2）应力（应变）测点布置。试验桥跨为连续结构，应力检测控制截面选择在边跨，分别为最大正弯矩截面、墩顶负弯矩截面及中跨跨中最大正弯矩截面。左、右幅主桥各测试截面应变测点位置如图3 ～4所示。

图3　左、右幅主桥A、C截面应变测点布置（单位：cm）

图4　左、右幅主桥B截面应变测点布置（单位：cm）

3.3试验加载

采用三轴载重汽车加载，单车重300kN，其轴重、轴距及平面布置如图5所示。

图5　加载汽车轴重、轴距及平面布置（单位：cm）

4　试验结果及分析

佛陈大桥扩建工程主桥三跨连续钢箱梁的结构形式完全一致，钢箱梁制造和施工均为相同单位，施工质量和施工进度较一致，主要区别为采用不同类型的桥面铺装。为减少环境因素对试验结果的影响，试验在温度较稳定的夜晚进行。

4.1挠度试验结果与分析。

各测试截面挠度试验结果如表2～3所示。从表2和表3可以看出：采用STC铺装的钢桥整体受力偏小，根据理论计算，边跨A截面STC铺装对整体挠度的贡献减少17.5%，实际挠度减少8.1%，实际贡献率约为理论计算的一半；根据理论计算，中跨C截面STC铺装对整体挠度的贡献减少11.1%，实际挠度减少8.2%，实际贡献率占理论计算的74%。

表2　A截面试验挠度对比分析

表3　C截面试验挠度对比分析

4.2应变试验结果与分析

各测试截面应变试验结果如表4所示。由表4可知：采用STC铺装对钢箱梁底板整体受力影响较小，对钢箱梁顶板整体受力影响较明显。各截面理论受力贡献率相差较大，边跨（A截面）底板理论应力减少3.0%，实测应力增加10.4%；顶板理论应力减少52.6%，实测应力减少30.9%。主墩墩顶（B截面）底板理论应力减少17.1%，实测应力减少23.2%；顶板理论应力减少24.5%，实测应力减少20.5%。跨中（C截面）底板理论应力减少2.5%，实测应力减少4.5%；顶板理论应力减少31.1%，实测应力减少46.6%。