1、超高性能輕型組合橋面結構技術規程編 制 說 明規程編制組2015年3月目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1、任務來源及說明1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 2、標準制定的目的和意義2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 3、編制過程2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 4、編制原則和依據3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Documen

2、t 5、主要內容4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 6、應用情況9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 7、與有關法律、法規及強制性標準的關系10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 8、標準在編寫過程中意見分歧情況10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 9、經濟效益及社會效益10超高性能輕型組合橋面結構技術規程編制說明1、任務來源及說明本項目來源于廣東省交通運輸廳2011年科技計劃項目，任務來源于

3、廣東省 交通運輸廳政府引導性項目，項目編號：科技-2013-03-017。鋼橋的橋面多采用正交異性鋼橋面板，這種橋面結構于1948年在德國首創， 具有構件質量輕、運輸與架設方便、施工周期短等特點，60多年來這種輕型的 鋼橋面已成為鋼橋，尤其是特大跨橋梁的首選橋面形式。但是經多年使用后，發 現正交異性鋼橋面存在兩個世界性難題：（1）鋼橋面瀝青混凝土鋪裝極易損壞；（2）正交異性鋼橋面板中主要構件間的焊縫易出現疲勞開裂。上述兩個難題是正交異性鋼橋面所固有的，歸納而言，主要有以下三方面的 原因：（1）正交異性鋼橋面的構造特點決定了其局部剛度較低，這是引發兩種病 害的主要原因；（2）超載車的影響頗為關鍵

4、；（3）其他諸如施工、夏季高溫環境 影響等因素不容忽視。因此，一般來說，工程人員可從優化鋼橋面構造細節、提 高瀝青鋪裝材料性能、嚴格要求施工、治理超載等方面來減少或減緩正交異性鋼 橋面系上述兩類病害問題的發生。但這些措施均不能治本。無疑，如果能在鋼橋面上鋪設水泥基材料，則可提高橋面板剛度，大幅度降 低應力幅，有助于解決鋼橋面板疲勞開裂問題。例如在荷蘭和日本，分別將RHPC （Reinforced High Performance Concrete） 和 SFRC （Steel Fiber Reinforced Concrete） 作為鋼橋面鋪裝，以期減少正交異性鋼橋面疲勞開裂病害。根據試驗結果

5、和實橋 應用效果，這種方法能夠降低車載作用下鋼橋面構造細節中的應力，有助于提高 鋼橋面的抗疲勞壽命。然而，由于種種原因，這些混凝土鋪裝在運營中出現了開 裂現象。當鋪裝層開裂后，改善效果自然會被削弱。為綜合解決鋼橋面板的前述兩大難題，本項目研發了超高韌性混凝土（Super Toughness Concrete, STC），與鋼橋面共同形成正交異性鋼板-薄層超高韌性混凝土 組合橋面結構（簡稱超高性能輕型組合橋面結構）。首先通過栓釘將現澆的STC 層與鋼橋面板形成永久性組合橋面結構，然后在STC層上鋪筑鋪裝層（圖0-4）。STC以改性的活性粉末混凝土 RPC為基體材料，同時密布鋼筋網，以獲得超高的

6、抗拉性能，能夠適應鋼橋面上的高應力狀態。前期研究和試驗表明，STC的抗拉 強度可達42.7 MPa，遠高于常規的水泥混凝土材料。鋪裝層（15-30mni）鋪裝層（15-30mni）l鋼筋網|鋼面板STC薄層 i3560inm)超高性能輕型組合橋面結構構造示意圖與傳統正交異性鋼橋面板相比，超高性能輕型組合橋面結構的局部剛度顯著 提高，進而大幅度降低了正交異性鋼橋面各構造細節處的活載應力，從而可基本 消除疲勞開裂的風險。同時，與價格昂貴且需經常更換的瀝青混凝土鋪裝相比， 超高性能輕型組合橋面結構的使用壽命長，具有更優的耐久性，解決了鋼橋面瀝 青鋪裝破損的難題。因此，本研究從根本上綜合解決了鋼橋面板

7、中的兩類典型病 害問題，具有重大的工程意義和應用價值。2、標準制定的目的和意義解決正交異性鋼橋面疲勞破損的難題。將專利技術上升為標準技術，利于推廣。3、編制過程2010年7月起：對超高性能輕型組合橋面開展大規模試驗研究；2011年11月：首次應用于廣東肇慶馬房大橋上；2013年3月：成立規程編寫組、制定了詳細工作計劃；2013年11月26日：通過交通運輸廳組織的開題報告評審；征求意見稿：深化前期研究和應用成果，按工作導則編制初稿， 經多次討論并邀請相關專家及從業人員座談，形成征求意見稿；2014年3月：將征求意見稿送專家，以及設計、高校、業主、 施工等單位征求意見，修改征求意見稿，形成送審稿；

8、2 2014年7月17日：廣東省交通運輸廳組織召開項目中期審查會。 2015年3月20日：廣東省交通運輸廳支持召開了項目驗收會議4、編制原則和依據一、編制原則適用性原則：指導超高性能輕型組合橋面結構設計、施工、驗收的實用性技 術文件。可操作原則：對規程條文的對象進行深入分析并經實踐檢驗可行。可檢查（或檢驗）原則：重點關注超高性能輕型組合橋面結構施工質量全過 程可檢查（或檢測、檢驗）的實現。系統性原則：從設計、施工、驗收各環節的內在聯系入手，同時避免規程與 現行規范之間發生矛盾和沖突。二、編制依據：GB/T 1.1-2009標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫JG/T 3064鋼纖維混凝土J

9、TG D60-2004公路橋涵設計通用規范GB/T 714-2008橋梁用結構鋼GB 50917-2013鋼-混凝土組合橋梁設計規范EN 1993-1-9:2005 Eurocode 3： Design of steel structuresPart 1-9： FatigueAASHTO:2007 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications（SI unit, the 4thEdition）AFGC:2013UltraHighPerformanceFibre-ReinforcedConcrete:AFGC:2013UltraHighPerformanceFi

10、bre-ReinforcedConcrete:Recommendations （法國 UHPC 規范）5、主要內容總則本規程適用于以超高性能輕型組合橋面結構作為橋面體系的橋梁結構，包括 新建橋梁和大中修橋梁鋼橋面改造。本規范采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法，按分項系數的表達式進 行設計。超高性能輕型組合橋面結構按STC不開裂進行設計，設計基準期與主體橋梁 一致。構成體系超高性能輕型組合橋面結構主要由正交異性鋼橋面板、超高韌性混凝土層組 合而成，超高性能輕型組合橋面結構頂面可鋪設面層（瀝青混凝土鋪裝層），如 圖2.1,2所示。圖2.1.2超高性能輕型組合橋面結構示意圖材料（1）STC的組成

11、部分包括水泥、粉煤灰、石英砂、石英粉、鋼纖維、減水 劑和水，其中水膠比宜為0.160.22；（2）配筋對改善STC基本力學特性的作用顯著，STC的強度等級應按照配 筋和不配筋進行區分。（3）不配筋STC的強度等級應按抗彎拉強度劃分，分為STC22、STC25、STC28 三個等級。（4）STC現澆接縫的彎拉應力容許值按STC連續澆筑處彎拉應力容許值的0.65倍取值。5.4設計設計流程和內容可借助有限元計算軟件進行分析包括整體計算和局部計算 包括靜力計算和疲勞驗算完成結構設計圖紙的繪制初步確定STC層的強度等級與厚度、 層內鋼筋直徑與布置間距、剪力連接件的 形式與布置間距、接縫形式等方面可借助有

12、限元計算軟件進行分析包括整體計算和局部計算 包括靜力計算和疲勞驗算完成結構設計圖紙的繪制承載能力極限設計（1）抗彎承載能力計算Y0M M = Acf dy1 + Ascfdy2 + Arf dy3 （正彎矩作用）Y M,M = Af y,+ Afy+ A f y （正彎矩作用） 0u c td 1 st d 2 rt sd 3（2）整體穩定計算U型加勁肋抗扭剛度較大，一般不需要進行整體穩定計算，若采用開口加勁 肋（如倒T型鋼、角鋼等），應進行整體穩定計算（3）疲勞驗算總體原則：疲勞驗算應涵蓋STC連續澆筑處、STC現澆接縫、鋼橋面板中的 疲勞細節、抗剪栓釘等各個構件。各構件均按照500萬次疲勞

13、壽命進行設計，鋼橋面板的疲勞驗算基于熱點應 力法。依據是公路鋼結構橋梁設計規范報批初稿。（4）STC層疲勞強度取值STC層的疲勞強度以容許等效最大應力水平定義，具體指STC層的等效最大名義應力與其靜力名義彎拉應力容許值之比。500萬次疲勞壽命時STC的容許等 效最大應力水平為0.48。200萬次為0.51。500萬次疲勞強 度(MPa)200萬次500萬次疲勞強 度(MPa)200萬次疲勞強 度(MPa)細節位置及示意圖細節描述和施工要求0.48 f；0.51f rSTC層連續區域1)STC層連續澆筑。夕2)先澆-后澆交界區域，設 置STC接縫。STC層的疲勞細節及分類STC接縫區域5.4.3

14、正常使用極限狀態設計應根據正常使用極限狀態的要求進行短暫狀況和持久狀況的計算。持久狀況設計：應驗算截面應力、抗裂性和撓度。短暫狀況設計：應驗算截面應力。(1)應力驗算宜按線彈性計算，考慮總體和局部荷載效應的疊加。對STC層頂面和鋼主梁下翼緣應力進行計算：STC層頂面應力：o =k- yc n I c0 0鋼主梁下翼緣應力：o = Mkys I s0對STC層現澆接縫處的拉應力進行計算，STC接縫應設置在低拉應力區，如 兩橫隔板之間。（2）栓釘應力驗算建立整體和局部計算模型，并將計算結果進行疊加。計算模型宜以彈簧單元 模擬栓釘；考慮由車輪豎向荷載和車輪剎車水平荷載。車輪剎車荷載車輪豎向荷載STC

15、 .層鋼面板車輪剎車荷載車輪豎向荷載STC .層鋼面板栓釘STC抗剪驗算總體原則是，確保STC層的裂縫寬度小于0.05mm，STC連續澆筑處的設計 拉應力不得大于本規程表3.1.14規定的配筋STC的名義彎拉應力容許值，STC接 縫處的設計拉應力不得大于本規程表3.1.15規定的接縫STC的名義彎拉應力容許 值（3）撓度驗算整體撓度應按照鋼-混凝土組合橋梁設計規范GB 50917-2013中第6.3 節計算。橋面系的局部撓度計算圖示如下：局部撓度驗算加載示意圖抗剪栓釘設計栓釘應保證STC與鋼主梁能有效組合和共同承擔作用，還需滿足STC層厚度 薄的重要特性。剪力連接件疲勞驗算應符合本規程第5.4

16、節的規定，栓釘連接件的抗剪S-N 曲線斜率m=8。構造要求橋梁的鋼面板厚度不宜小于12 mmSTC層的厚度不宜小于35mm鋼筋直徑不宜小于10mm,鋼筋中心間距不宜大于50mm最小STC保護層厚度不宜小于10mm栓釘的釘柱直徑不宜小于9mm當橋面縱肋腹板間距W 300 mm時，栓釘的縱、橫橋向間距宜為 140-160mm；當橋面縱肋腹板間距300 mm時，栓釘的縱、橫橋向間距宜為 120-140mm。施工(1)大中修鋼橋面改造施工流程：（2）新建鋼橋面施工流程:驗收本節規定了超高性能輕型組合橋面結構各原材料及工序的質量檢驗內容及 指標。超高性能輕型組合橋面結構質量檢驗貫穿施工中的每一道工序，即

17、在施工過程中須對各道工序進行檢驗，確保質量合格后方可進入下一道工序。6、應用情況超高性能輕型組合橋面結構分別于2011年11月于肇慶馬房大橋第11跨和2014年12月于新建佛山三跨鋼箱連續梁佛陳大橋上應用，馬房大橋已運營超過 3年，在改善現有問題上取得顯著效果。7、與有關法律、法規及強制性標準的關系本標準與現行法律、法規和強制性標準沒有沖突。8、標準在編寫過程中意見分歧情況本標準在編寫過程中沒有重大意見分歧。9、經濟效益及社會效益鋼橋是一種重要的橋梁結構形式，而鋼橋面的兩類典型病害問題影響著鋼橋 的耐久性，增加了運營成本，成為亟需解決的難題。本項目的研究成果將徹底解 決這兩類病害問題。現以虎門大橋鋼橋面為例計算靜態直接經濟效益：環氧瀝青等鋼橋面鋪裝的價格約1600元/平方米，壽命平均約8年，100年 內需更換12次，總價C1:C1=1600X888mX30mX12 次= 5.11 億元