摘要：在城市路桥建设中，为追求结构美观，出现了许多宽箱梁桥、斜交桥及弯桥。如何合理确定结构的支承体系、支座位置设置及偏心调整、活载内力、偏载对结构受力的影响，都值得设计者深入研究。箱形结构由于具有抗扭刚度大、整体性能好、易于维护、外形流畅美观等优点，在桥梁工程中得到广泛的应用，是设计及科研课题中常用的方法，本文将对此课题相关内容进行详细的分析和探讨。
关键词：市政路桥；钢箱梁；桥面铺装；混凝土施工
随着大跨径桥梁的不断建设，基于正交异性板的钢箱梁的应用越来越普遍，钢箱梁桥面铺装修筑已成为大跨度桥梁建设的关键技术之一。但是由于我国城市车辆的重载超载严重，即使使用性能优异、价格昂贵的桥面铺装材料，常常还不能达到设计使用寿命，这说明仅仅依靠铺装材料的改进难以取得大的突破；我国在自行建设大跨径钢桥实践中，对钢箱梁结构设计类型与方法进行了一系列的探索和革新，取得了长足的发展。我国的《公路钢结构桥梁设计规范》也即将颁布，可见流线型正交异。从这些钢结构的研究中，我们可以看到钢箱梁设计时，一般从箱梁结构安全考虑居多，未综合考虑铺装层受力要求进行钢箱梁和铺装层的一体化设计或结构优化工作。
一、钢桥面铺装作用及材料性能要求
铺装层作为桥梁结构的一部分，虽然在力学上对整个结构其它部分的影响较小。但其作用却不容忽视。桥梁在野外环境中会受到阳光、雨水等自然因素的影响，如果裸露的钢板直接受到这些因素的作用，会锈蚀得很快。铺装层铺筑在顶板表面可有效地隔绝这些自然因素对钢箱梁顶板的直接作用，防止钢板锈蚀。因此，铺装层下层一般要加上防水层，它是一层构造层，在结构上没有什么影响，但是却是钢板防锈的重要措施。当车辆荷载作用在钢箱梁上时，在其不平整的位置会产生冲击荷载。因为钢板的模量较大，这冲击荷载对结构的影响较为显著。不平整位置处的钢结构在冲击荷载不断作用下，会产生疲劳破坏。再加上裸露的钢箱梁表面可能有产生应力集中的形状不规则的构造物，这种冲击—疲劳作用将会更严重。铺装层铺筑在箱梁顶板表面，其刚度较小，其厚度相对于钢板来说较厚，可有效地扩散冲击荷载，并使荷载作用的峰值在传递到钢板表面时趋于平缓。这种效应可以改善钢板的受力状况，从而达到防止出现局部桥面上的疲劳破坏的效果。
基于钢桥面铺装的特殊性和其破坏形式，铺装材料除了要满足基本的路用性能外，还必须有对钢板的防腐性能、与钢板有良好的粘结性以及适应。局部弯曲变形的抗疲劳性，具体表现在：1）优良的适应变形能力。由于大跨径钢桥面板刚度的不均匀性，这就要求钢桥面铺装需具有优良的柔韧性和适应大变形的能力，使之适应在荷载作用下钢桥面板的局部较大的变形。2）优良的层间粘结性能。铺装层与钢桥面板的界面，铺装层的层间，都必须具有良好的粘结性，以保证桥面铺装层与桥面板的紧密结合，共同承受温度变化和荷载作用。3）优良的抗裂性能。在荷载作用下，铺装层表面反复承受比较大的拉应力或拉应变，极易产生疲劳开裂，所有桥面铺装必须具有优良的抗裂性。4）优良的热稳定性。由于钢桥面板具有较高的热传导系数，在高温季节，沥青混凝土铺装的温度都非常高，为了有效地防止车辙、推挤、拥包等永久变形，钢桥面铺装必须具备优良的抗剪切性能和高温抗蠕变。5）优良的防水性能。铺装层要有保护钢桥面不被雨水腐蚀的作用。这要求沥青混凝土铺装层必须具有较高的抗水损坏能力和密水性。6）优良的铺装层表面性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铺装层应有平整的表面，以减小车辆荷载对桥面板造成的冲击。7）合理的铺装层厚度。铺装层在不增加额外的恒载的前提下，要保证有满足沥青混凝土铺装层自身强度要求的一定的厚度。8）优良的耐久性。钢桥面铺装材料必须具备优良的水稳定性、抗老化的性能和抗疲劳性。
二、钢箱梁正交异性板结构及铺装层材料受力影响分析
2.1正交异性板结构参数对铺装层受力影响研究
钢桥面铺装直接铺在正交异性钢桥面板上，因此，正交异性钢桥面板本身的位移、变形、振动等都直接影响到铺装层的工作状态，钢桥面铺装的性能不仅与铺装材料和结构设计有关，还与钢桥面板体系结构的特性有关。作为沥青铺装层的支承体系，钢桥面板体系的结构参数、特性与结构刚度是影响铺装层受力的主要因素。目前对正交异性钢桥面板及铺装层的分析方法可分为两类：解析法和数值法。其中解析法通过将钢桥面铺装体系分为桥梁的整体结构、钢箱梁的局部结构和正交异性板桥面系三个系统，每个系统先独立计算，再叠加得到桥面板柔性支承上的连续各向异性的力学特性。数值法利用简化模型计算了各向异性钢桥面板上沥青铺装层的力学响应，并与现场实测结果作了比较，验证了其计算结果的合理性，并从钢桥的结构参数如桥面板厚度、主梁附近补强加劲肋和铺装层参数如铺装层强度、最小刚及材料特性等方面研究了影响铺装层寿命的因素。
2.2铺装层材料与结构参数对其受力影响研究
通常我们可以从钢桥面板的结构参数和铺装层的材料和结构参数等方面探讨了影响铺装层耐久性的因素，通过建立了有限元模型，对钢桥面铺装在不同的模量比、钢板模量比及铺装层材料模量、不同的铺装层厚度以及不同的钢桥面板厚度等条件下的铺装层的最大拉应力和粘结层的最大剪应力进行了计算。结合计算数据了解沿铺装层厚度方向的温度分布规律，估算铺装层的温度应力。还可以对桥面板的结构参数、铺装层的材料与结构参数、荷载的参数与桥面挠度关系等进行了分析研究，得到大桥的各项设计参数。确定桥面铺装厚度的线性规划模型，并采用单纯形法对模型进行求解，从而得到了桥面铺装层的合理厚度，为结构优化设计作了初步研究。通常铺装层内的最大纵向拉应力远远小于最大横向拉应力，而且铺装层的模量也对拉应力影响很大。通过对铺装层材料与结构参数及钢桥部分结构参数等进行分析，可以为应力、应变和弯沉等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计提供参考。
三、结束语
由于大跨钢箱梁桥结构自身的特性，风载、温度荷载、车辆荷载等各种因素对其质量影响较大，为确保此类桥结构设计的合理性，在市政路桥设计工程中必须对桥梁结构相关计算参数进行识别、修正，以得出最佳的设计方案，通过对市政路桥工程荷载条件下优化结构设计，促进我国市政路桥建设的健康发展。
参考文献：
[1]单轨应急梁稳定性能研究[D]. 张彩然. 中国建筑工业出版社2016（05）
[2]大跨度桥梁钢箱梁加劲板的动力行为研究[D]. 机械工业出版社 2017（09）
[3]大跨度钢桥极限承载力计算理论与试验研究[D]. 人民交通出版社2015（04）
论文作者:郑冬梅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：桥面论文; 荷载论文; 结构论文; 钢桥论文; 正交论文; 应力论文; 参数论文; 《基层建设》2018年第25期论文;