1、中南大學(xué)土木工程專業(yè)鋼橋課堂報(bào)告（本科）題 目 科 從白沙洲大橋看鋼橋面鋪裝學(xué) 科 鋼橋?qū)W生姓名劉神斌指導(dǎo)教師周智輝學(xué) 院土木工程學(xué)院專業(yè)班級土木1210學(xué)生學(xué)號(hào)12081214082015年 3月 18 日從白沙洲大橋看鋼橋面鋪裝問題及解決方法摘要：白沙洲大橋橋面屢修屢壞，以之為例，尋找鋼橋面容易有鋪裝問題的原因，從鋪裝材料，施工與環(huán)境，鋼橋面剛度等方面進(jìn)行討論分析，并就幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：白沙洲大橋、橋面鋪裝、鋼橋面、剛度、施工、規(guī)范、國外經(jīng)驗(yàn)。一、概述經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展促進(jìn)也要求了與之相適宜的現(xiàn)代公路系統(tǒng)，各種大跨度的懸索橋與斜拉索橋越來越多，而這些大跨度橋梁為了增大跨度需要減少自

2、重，所以大多采用鋼箱梁或鋼桁架結(jié)構(gòu)，并且在正交異性板上做瀝青鋪裝供車輛行駛。對柔性橋梁鋼橋面上的瀝青鋪裝進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工一直是一項(xiàng)難度比較高的技術(shù)。而在這種橋面上行駛的舒適性、安全性和耐久性已成為評價(jià)橋梁工程質(zhì)量的一項(xiàng)主要指標(biāo)。這一技術(shù)也面臨著以下問題：鋼箱梁體作為瀝青鋪裝層的承載體自身的剛度存在欠缺，瀝青鋪裝層與光滑的鋼橋面面之間不能很好地結(jié)合。在行車荷載的反復(fù)作用下，負(fù)彎矩處的瀝青鋪裝層更加容易開裂。高溫季節(jié)，鋼板傳熱快，會(huì)加劇瀝青鋪裝層出現(xiàn)車轍的程度。鋼橋面對防腐的要求高，對瀝青鋪裝層的裂縫要求更加嚴(yán)格。對我國已建的多座大橋如：江陰長江大橋、武漢白沙洲大橋、虎門大橋、軍山大橋等的使用狀況來

3、看，相當(dāng)數(shù)量的大橋的鋪裝層都在防水粘結(jié)層出現(xiàn)了破壞。二、鋪裝結(jié)構(gòu)2.1、基本資料白沙洲大橋全長3586米，主跨是斜拉橋，長1078米，其中鋼箱梁段長904米。鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)階段長12米，其間用50cm寬的連接板用高強(qiáng)螺栓連接。橋面板頂寬29米，橋面縱坡3.0%，橫坡1.5%。人行橫道寬24.5米，兩側(cè)為檢修道。2.2、氣候武漢市位于江漢平原東部，長江中游與長江、漢水交匯處，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，雨量充沛、日照充足，四季分明。氣溫最高氣溫大部分時(shí)候在37-39度，濕度往往較大。冬季的平均氣溫在一般在1-3度，有寒潮或雨雪時(shí)常常在0度以下。 2.3、載荷根據(jù)武漢市城市綜合交通規(guī)劃研究院提供的

4、資料歸納得下表。白沙洲大橋日交通量達(dá)7.8萬輛。其中大型車31980輛，比例達(dá)41%。體現(xiàn)了過境車輛，重車比例大的特點(diǎn)，對于鋪裝高溫車轍、疲勞開裂的影響，必須給予認(rèn)真考慮。2.4、原鋪裝方案由白沙洲大橋的設(shè)計(jì)方案歸納得下表。表二 白沙洲大橋原橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案鋪裝結(jié)構(gòu)層 鋪裝方案 鋪裝上面層厚度30mm，SMA-13鋪裝下面層厚度40mm，SMA-1、改性乳化瀝青灑布量為0.3-0.5L/防水粘結(jié)層 厚度0.8-1.2mm，改性乳化瀝青粘結(jié)層，預(yù)拌瀝青碎石防銹層厚度0.5-1.0mm,環(huán)氧富鋅底漆鋼板厚度12mm,噴砂除銹Sa2.52.5、開裂成因分析對橋面破壞出進(jìn)行破除處理后發(fā)現(xiàn)，破壞位置

5、主要位于鋪裝底層與防水粘結(jié)層之間，且兩層之間已完全脫開，在正對裂縫處的環(huán)氧富鋅漆防銹層均呈現(xiàn)出白色粉末狀，這足以證明瀝青混凝土鋪裝層與鋼板之間是因粘結(jié)力的喪失而脫粘的。這主要是由于在光滑的鋼橋面板上進(jìn)行瀝青混凝土鋪裝時(shí)，高溫條件下的現(xiàn)有防銹層和防水粘結(jié)層材料的粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度偏低，易老化，抗撓曲變形能力差，伴隨著交通載荷和鋼板撓動(dòng)變形的疲勞作用，在橋面局部剎車時(shí)，產(chǎn)生的剪切強(qiáng)度超過其極限抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致上下層之間發(fā)生脫粘，從而造成滑移和脫落。2.5、修改后的鋪裝方案表三 白沙洲大橋修改后的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案鋪裝結(jié)構(gòu)層 鋪裝方案 鋪裝上面層厚度30mm，SMA-13鋪裝下面層厚度40mm，SM

6、A-10 、快裂型改性乳化瀝青為0.4-0.6L/防水粘結(jié)層 厚度2-3mmHBW高強(qiáng)度界面膠，均勻撒布粒徑2.36-4.75mm的玄武巖2.5-3.5kg/防銹層厚度0.5-1.5mm，HBW高強(qiáng)度界面膠鋼板厚度12mm,噴砂除銹Sa2.5根據(jù)該橋面鋪裝修復(fù)方案，順利實(shí)施了武漢白沙洲大橋的橋面鋪裝，并對橋面修復(fù)部位進(jìn)行了多次重載車輛的急剎車試驗(yàn)，鋪裝層均未出現(xiàn)推移開裂現(xiàn)象。經(jīng)長期監(jiān)測，橋面修復(fù)至今，修復(fù)部位還未出現(xiàn)任何開裂。三、橋面剛度對正交異性鋼橋面板的剛度，日本本四聯(lián)絡(luò)橋橋面鋪裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在加鋪鋪裝層后縱肋間局部撓度0.4mm,曲率半徑20m。經(jīng)設(shè)計(jì)單位計(jì)算，鋼橋面板裸板的肋間最大撓

7、度0.236mm；曲率半徑位27.1m，僅裸板數(shù)據(jù)已能滿足要求。加鋪鋪裝層后因鋪裝與鋼板的組合作用，剛度還有相當(dāng)大的增強(qiáng)。這說明白沙洲大橋鋼橋面板的剛度是足夠的。四、鋪裝施工鋪裝方案的實(shí)施可以分為對鋼橋面板的處理和鋪裝層粘結(jié)層的處理以及SMA層的鋪設(shè)。鋼橋面鋪裝層與鋼板之間的防水粘結(jié)層一直以來是橋面鋪裝破壞的癥結(jié)所在，所以粘結(jié)層的耐久性直接影響了橋梁的使用壽命。4.1、鋼橋面板的處理除銹應(yīng)達(dá)到GB 8923-88標(biāo)準(zhǔn)Sa2.5級（非常徹底的噴射或拋射除銹，鋼材表面會(huì)無可見的油脂、污垢，氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。）為此，我們需要專業(yè)的除銹機(jī)進(jìn)行除

8、銹。噴砂前檢查橋面板的外觀并對結(jié)構(gòu)焊縫、焊瘤、焊渣等缺陷部分進(jìn)行打磨修補(bǔ)，對橋面板上油污、鹽分及其他臟物進(jìn)行徹底清除，最后用高壓水槍沖洗整個(gè)橋面板，直至無雜物、無塵、無油污為止。干燥后開始噴砂。在4小時(shí)內(nèi)噴涂鋼板除銹漆，以防止鋼板的重新銹蝕。4.2、粘結(jié)層的處理粘結(jié)劑的撒布是整個(gè)鋼橋面施工的關(guān)鍵工序。粘結(jié)材料在施工前應(yīng)充分溶化，攪拌均勻，升溫至規(guī)定溫度。用瀝青灑布車均勻撒布，撒布厚度控制在0.8-1.2mm。在本次粘結(jié)劑的撒布施工作業(yè)中，由于紗布溫度和機(jī)械方面的原因，未能均勻撒布，最后不得不采用溶劑型粘結(jié)劑進(jìn)行人工補(bǔ)涂而造成了不必要的浪費(fèi)。4.3、SMA層的鋪設(shè)采用了一臺(tái)美國制造的PF5100

9、型攤鋪機(jī)。在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)開始前熨平板預(yù)加熱到150攝氏度，防止在起始部位發(fā)生熨平板粘料將鋪裝層表面拉毛而形成 質(zhì)量缺陷。規(guī)定攤鋪機(jī)行走的速度盡量放慢，鋪裝下層攤鋪速度不超過1.3m/min，普漲上層不超過1.5m/min。五、各國經(jīng)驗(yàn)5.1、外國經(jīng)驗(yàn)日本、美國以及歐洲等國在鋼橋面鋪裝方面已經(jīng)積累了20多年的經(jīng)驗(yàn)。德國采用雙層澆筑式瀝青混凝土鋪裝；日本采用下層澆筑式上層改性瀝青混凝土的雙層鋪裝；英國采用單層澆筑式瀝青混凝土（瀝青瑪碲脂），表面嵌入防滑碎石。美國則多采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝。5.2、中國經(jīng)驗(yàn)我國早期多采用引進(jìn)外國技術(shù)，但是澆筑式瀝青混凝土的高溫性能畢竟有限，難以適應(yīng)南方炎熱天氣。而我國的

10、重慶交通科研設(shè)計(jì)院從1995年開始著手開發(fā)雙層改性瀝青SMA的鋼橋面鋪裝技術(shù)，其目的是為了充分發(fā)揮改性瀝青SMA的高度抗車轍性能與良好的抗裂、抗滑與耐久性，也有所建樹。橋名采用技術(shù)技術(shù)所屬國使用結(jié)果香港青馬大橋澆筑式鋪裝技術(shù)英國基本成功南京長江二橋環(huán)氧瀝青混凝土技術(shù)美國基本成功虎門大橋雙層改性瀝青SMA技術(shù)中國嚴(yán)重?zé)岱€(wěn)定性問題宕石大橋雙層改性瀝青SMA技術(shù)中國基本成功白沙洲大橋環(huán)氧瀝青混凝土技術(shù)3美國嚴(yán)重?zé)岱€(wěn)定性問題六、小結(jié)橋面鋪裝雖然在橋梁中所占體積不大，但是他對交通以及橋梁的耐久性都影響巨大，所以要在做橋面鋪裝時(shí)采取一定的措施來延長橋面鋪裝的使用壽命。（1）、增加鋪裝層的厚度，可以控制裂縫

11、，提高剛度。（2）、引進(jìn)國外技術(shù)加之改進(jìn)來適應(yīng)中國南方的炎熱天氣。（3）、開發(fā)新的材料來滿足鋼橋橋面對鋪裝層的要求。（4）、各工序緊密配合與協(xié)調(diào)，特殊部位要精工細(xì)作。【1】 丁慶軍、劉小星等. 白沙洲大橋鋼橋面鋪裝修復(fù)方案設(shè)計(jì)與施工 【B】公路.2006. 【2】 曾勇. 武漢白沙洲大橋鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工 【B】公路.2001. 【3】 曾勇. 武漢白沙洲大橋鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工 【B】公路.2001.【4】 余叔藩. 武漢白沙洲大橋鋼橋面瀝青鋪裝設(shè)計(jì)與施工 中外公路.2002.附一、剪力滯：1.1、剪力滯的定義當(dāng)結(jié)構(gòu)處于水平力作用下時(shí)，主要反應(yīng)是一種應(yīng)力不均勻現(xiàn)象，柱子之間的橫梁會(huì)產(chǎn)生沿著

12、水平力方向的剪切變形，由此引起彎曲時(shí)遠(yuǎn)離肋板的翼板的縱向位移滯后于肋板附近的縱向位移，從而使得翼緣框架中各柱子的軸力不相等：遠(yuǎn)離腹板框架的柱軸力越來越小，翼緣框架中各柱軸力呈拋物線形，同時(shí)腹板框架中柱子的軸力也不是線性規(guī)律。當(dāng)翼板與腹板交接處的正應(yīng)力大于按初等梁的計(jì)算值，稱為正剪力滯，反之為負(fù)剪力滯。 1.2、框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后： 框筒結(jié)構(gòu)有單筒和束筒之分，單筒是梁柱在平臺(tái)內(nèi)側(cè)形成的閉合體，束筒是在平臺(tái)內(nèi)側(cè)形成的多個(gè)閉合體。無論單筒和束筒，腹板框架承擔(dān)絕大部分剪力而翼緣框架承擔(dān)絕大部風(fēng)彎矩，它們之間通過框筒束聯(lián)系，如果角柱很弱，則達(dá)不到上述效果。由于梁的彈性變形，在側(cè)向荷載的作用下，截面并不保

13、持為平面，角柱處軸向變形為最大，離角柱越遠(yuǎn)的各柱軸向變形為最小，這種現(xiàn)象稱為剪力滯后。 簡單的說的話，墻體上開洞形成的空腹筒體又稱框筒，開洞以后，由于橫梁變形使剪力傳遞存在滯后現(xiàn)象，使柱中正應(yīng)力分布呈拋物線狀，稱為剪力滯后現(xiàn)象。剪力滯后現(xiàn)象使框筒結(jié)構(gòu)的角柱應(yīng)力集中。 1.3、剪力滯后與有效分布寬度 在箱梁中，肋處的剪力流向板中傳遞過程，有剪力滯后現(xiàn)象，稱之為剪力滯效應(yīng)，剪力滯概念與有效分布寬度相同，前者用不均勻應(yīng)力表示，后者用一等效板寬表示。其實(shí)，剪力滯效應(yīng)和T型梁的有效分布寬度是同一回事，都是由于腹板的剪力流使得上翼緣的應(yīng)力分布不均勻。只是T型梁用有效寬度來簡化這一現(xiàn)象。在橋梁的箱型截面中這

14、一現(xiàn)象較突出，但當(dāng)跨寬比較大或者截面腹板慣性矩與翼緣慣性矩之比較小時(shí)尤其嚴(yán)重，一定要考慮。高層和這個(gè)類似，高層倒小與橋梁的箱型截面其實(shí)一回事。有效分布寬度由于開口截面，剪力滯多用于封閉截面。剪力滯有正剪力滯與負(fù)剪力滯之分。剪力滯影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需將設(shè)計(jì)值提高。 剪力滯的概念是一般狹窄翼緣的剪切扭轉(zhuǎn)變形不大，其受力性能接近于簡單梁理論的假設(shè)，而寬翼緣因這部分的變形的存在，而使遠(yuǎn)離梁肋的翼緣不參予沉彎工作，也即受壓翼緣上的壓應(yīng)力隨著離梁肋的距離增加而減少，這種現(xiàn)象就成為“剪力滯后”，簡稱剪力滯效應(yīng)。 為了使簡單梁理論能夠用于寬翼緣梁的分析，故對翼緣定出個(gè)“有效翼緣寬度”翼緣的有效寬度為假設(shè)的翼緣寬度

15、，沿其寬度上受均勻壓縮，其壓縮值如同在同樣的邊緣剪力作用下的實(shí)際翼緣的受載邊緣數(shù)值一樣。另外，有效寬度可以視為理論的翼緣寬度，改理論翼緣承受具有均勻應(yīng)力的壓力。該均勻應(yīng)力與原型寬翼緣處的應(yīng)力峰值相等，而且總壓力值相等。附二、看邵旭東、黃振宇、肖禮金、李嘉的鋼橋的超高性能輕型組合橋面體系-攻克鋼橋的主要技術(shù)瓶頸 PPT（共計(jì)27張）的感悟：鋼橋面極易損壞與鋼結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)疲勞開裂是鋼橋面的兩個(gè)公認(rèn)難題，也制約了鋼橋的發(fā)展。縱橫向裂縫破壞、脫層及推移破壞、抗槽破壞和車轍破壞都是鋼橋面鋪裝病害，。其中車轍破壞可造成輪跡處鋪裝層厚度減薄，削弱了面層跡路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，從而引發(fā)其他病害。鋼橋面的剛度小，施工質(zhì)量、構(gòu)造細(xì)節(jié)處欠缺，高溫、超載都是鋼橋面系的常見病害的主要原因。加大面板厚度與改進(jìn)構(gòu)造細(xì)節(jié)是解決鋼橋面疲勞問題的常規(guī)思路，但無法根治。輕型組合鋼橋面可以徹底解決鋼橋面鋪裝易損難題，在虎門大橋，廣東肇