衡阳公路桥梁建设有限公司 湖南衡阳 421000
摘要：交通流量的持续快速增长，造成了国内许多地区的桥面损坏问题。目前，常用的桥面修补方法是在受损桥面上直接加铺沥青层，这种方法是短期内解决问题的理想方法，但从长远的角度来看，这种方法没有经过仔细的安全性验算环节，加铺的沥青混凝土是否会对桥梁结构安全造成影响，需进一步研究。基于此本文以跨度为30m的预应力简支箱梁桥为案例，采用桥梁博士软件计算桥面修补前后最大主拉应力值和最大弯矩值，并比较各截面的数值，明确桥梁整体结构受加铺沥青层的影响情况。
关键词：桥面维修；直接加铺；沥青层；安全性探讨
引言
现阶段国内桥梁面层维修，通常采用微表处1cm的铺装方法，其主要优点是可以大大降低恒载，节省施工时间，缺点是该方法铺装的面层厚度很小，非常容易被破坏；而另一种常 用的方法是铺装4cm厚的沥青混凝土，这样可以有效解决面层极易被破坏的问题，但此方法的缺点是很容易形成反射裂缝；还有一种方法是在桥面铺装厚度超过4cm的沥青混凝土，通常厚度为10cm，该方法可以有效解决反射裂缝的问题，但是如果没有对荷载进行准确验算，而受力超出合理范围，就会带来安全问题。
1工程概况
本文研究以某市桥梁工程为例，深入探讨桥面修补中铺装沥青桥面的安全性。由于经过桥梁的交通流量持续增长，导致近些年来，桥梁的桥面出现裂缝，影响了桥梁的使用性能，妨碍车辆通行。鉴于此，相关部门针对桥面修补提出了几套方案，同时深入分析了桥梁结构的安全性。桥梁立面如图1所示：
图1 桥梁立面图
2安全性分析
简支箱梁桥在桥面维修加铺沥青砼之后，就等于是在桥上增加了载重，将必然会影响桥梁的受力，所以需要对加铺沥青层的简支箱梁桥进行安全性分析，从而保证桥梁在使用中的安全。
2.1选择模型
该桥使用的是预应力混凝土简支箱梁桥结构，桥梁不存在水平方向的力，只在垂直荷载作用下产生垂直反作用力；采用预应力结构的目的是最大限度地提高梁抵抗活载的能力；本文研究分析选用预应力混凝土简支梁结构，是因为该结构受力性能十分明确，温度应力和制造误差造成的影响较小，计算相对简单。选用单跨度达30m双向双车道简支梁桥，高1.6m，宽11m，厚0.4m，屋顶厚0.4m，腹板厚0.6m，桥梁模型如图2所示，简支梁桥的截面如图3所示：
3简支梁加载安全性分析
3.1参数的选择
桥梁主梁C50砼， 15.2预应力钢绞线， ， 。桥梁上部结构属A类预应力构件；
3.2模型计算单元
需要将桥梁主梁单元拆分后再进行计算，每一单元长度1m，总计32个单元，给予支点、L/4处、L/8和3L/8处的值进行计算，最终结果显示对应的节点为1，9，17，25，32，见图4：
图4 桥梁单元儿何图
3.3计算分析过程
（1）加铺前斜截面抗裂能力验算：计算过程按照桥规中车辆荷载分析方法；短期荷载效应组合计算参数取值，采用桥规公路Ⅰ级标准；计算相应的最大主拉应力，并通过验算得到最终结果；
（2）加铺前正截面抗弯能力验算：计算过程按照桥规中车辆荷载分析方法；按荷载基本效应组合计算参数取值，采用桥规公路Ⅰ级标准；通过分析计算得出各节点正截面最大弯矩值；
（3）加铺4cm沥青砼斜截面抗裂能力验算：桥梁桥面加铺4cm沥青砼后，计算根据选取的上述规范进行计算，计算所得正常使用极限状态下相应截面最大主拉应力值；
（4）加铺4cm沥青砼正截面抗弯能力验算：按桥规中车辆荷载计算，根据桥规选择公路Ⅰ级，通过计算获得荷载基本效应组合，在此前提下进行验算，得到最终各节点正截面最大弯矩值；
（5）验算铺装10cm厚的沥青混凝土斜截面的抗裂能力：桥面上铺设10cm厚的沥青混凝土，以现行桥规为计算依据，由此获得正常使用极限状态下，各截面的最大主拉应力；
（6）验算铺装10cm厚的沥青混凝土正截面的抗弯能力：计算过程按照桥规中车辆荷载分析方法；按荷载基本效应组合计算参数取值，采用桥规公路Ⅰ级标准；通过分析计算得出正截面的最大弯矩值；
3.4桥面加铺前后对比分析
上述桥梁在加铺前和加铺4cm，lOcm沥青砼后，按桥规中汽车荷载所计算的结果，进行对比分析如下：
3.4.1斜截面抗裂能力对比
计算铺装不同厚度的沥青混凝土前后，桥梁各个截面在正常使用极限状态下荷载短期组合的最大主拉应力，数据对比如图5所示。根据数据可知，支座部位的最大拉应力值最高，计算得到的数据为0.781MPa、0.867 MPa、1MPa；铺装沥青混凝土之前和之后的数据比较表明，铺装之后的主拉应力最大值显著提升，铺装的沥青混凝土高度为4cm时主拉应力提高11.01%，高度为10cm后时主拉应力提升28.17%。由此可知，铺装了沥青混凝土的桥面，其斜截面抗裂能力将产生较大变化。
图5 对比分析最大主拉应力值
3.4.2正截面抗弯能力对比
给桥面加铺不同厚度沥青砼，分别为4cm和10cm，计算各截面承载能力极限状态下荷载基本组合最大弯矩值，将前后数值进行对比，由表1表示。结果显示在铺设沥青砼后，各截面最大矩值比较加铺之前明显增加，其中加铺4cm沥青砼后增幅可达到3.7%左右，而加铺10cm沥青砼后增幅可达到9.4%左右。由此获得结论，加铺沥青砼将会直接影响桥梁承载能力，并且影响力较大。
4结论：
文本以预应力简支箱梁桥桥面的修补施工为例，针对跨度达30米的桥梁桥面修补施工，分别探讨加铺4cm、10cm沥青混凝土后的安全性。在正常使用情况下计算出修补前后，桥梁斜截面抗裂能力、正截面抗弯能力大小：
（1）根据桥面铺装厚度不同的沥青混凝土，比较铺装之前和铺装之后桥面截面的主拉应力最大值，结果表明主拉应力数值的上限在铺装沥青混凝土层之后显著提升，其中铺设厚度达4cm沥青混凝后，提高11%；铺设厚度为10cm的沥青混凝土层之后，主拉应力提升了28%；加铺沥青面层显著影响桥梁斜截面抗裂能力；
（2）根据桥面铺装厚度不同的沥青混凝土，比较铺装之前和铺装之后桥面截面的弯矩最大值，结果表明弯矩数值的上限在铺装沥青混凝土层之后显著提升，其中铺设厚度达4cm沥青混凝后，提高3.7%，铺设厚度为10cm的沥青混凝土层之后，弯矩数值提升了9.4%；加铺沥青面层显著影响桥梁抗弯能力；
（3）本文以跨度为30m的简支箱梁桥维修加铺为例，进行了分析研究，但在具体施工过程中将碰到各种跨径的桥梁，其结构不同、维修加铺的沥青混凝土厚度也存在差异，因此在加铺之前要仔细验算，确保安全性。
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论文作者:王斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/30
标签：沥青论文; 桥面论文; 截面论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 荷载论文; 应力论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;