环氧树脂沥青在双塔不对称斜拉桥钢箱梁桥面铺装中的应用研究

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在大跨径斜拉钢箱梁桥建设中,桥面铺装作用重大,一直是国内外研究的重点。但从已通车的钢桥面铺装情况来看,我国对钢桥面铺装的建设与国外技术相比差异较大,铺装层所出现的病害也更多。国内的交通组成形式极为复杂,重载、超载车辆占比较高,因此,为保证大跨度钢桥面的行车质量及使用寿命,必须加强桥面铺装层的材料性能、与结构的适宜性、施工的便利性及经济性研究。本文在对国内外大跨径钢桥面铺装设计及环氧树脂沥青铺装层研究现状分析的基础上,特别是通过对湖北省内4座环氧树脂沥青铺装层的跨长江桥梁所处的气候条件、结构形式、铺装层产生的病害类型进行调研,分析了各种病害产生的原因,进而提出了石首长江大桥的桥面铺装结构层设计及实施方案;采用有限元软件对桥面开展了相关力学分析,并结合大桥的现场检测结果,分析了铺装层应用性能及通车后的现状,得出的结论如下:(1)通过对湖北省内应用环氧树脂沥青的4座跨越长江大桥的钢桥面铺装的调研,分析了桥面铺装各种病害产生的原因,根据石首长江大桥为双塔不对称斜拉桥钢箱梁结构特点,总结提出了桥面铺装层结构及铺装方案,行车道桥面采用下层EA+上层改性SMA双层铺装,能适应桥梁的结构特点、交通条件、气候特征及功能需求。(2)利用Abaqus对石首长江大桥的铺装层进行有限元分析,通过对铺装层最不利荷载位置确定以及不同厚度、弹性模量、车载作用下铺装层受力分析,进一步验证环氧树脂沥青在钢桥面铺装过程应用性能。有限元分析可知:铺装层最不利的载荷位置分别是横向荷载位于加劲肋的中心位置,以及纵向荷载位于单个横隔板的最远端位置,设计上下层铺面时,要尽量避免给这些位置施加过多荷载;铺装层厚度的变化对于拉应力的影响不明显,而总体上厚度的变化会显著增加剪应力,宜将厚度限定在60-70mm范围内为最佳;铺装层弹性模量的变化对于拉应力和剪应力都是正向增益关系,同时弹性模量的变化与竖向位移呈现负向增益关系,合适的上面层弹性模量宜选择在1000~1500MPa之间,下面层弹性模量在1600~2100MPa之间;从竖向位移和拉应力等分析表明,车辆载荷的增加对上层铺面影响更大,但从等效应力和剪应力等分析表明,车辆载荷的增加对下层铺面影响更大。(3)EA10环氧树脂沥青混合料所需材料的质量十分关键,环氧树脂结合料及防水粘结层要求较高。混合料施工要根据目标配合比确定的最佳施工配合比,铺装时应“无水源”作业,摊铺按半幅全断面一次性摊铺,碾压时要求初压温度≥155℃,复压温度≥110℃,终压温度≥90℃。(4)由检测、试验结果可知,石首长江大桥桥面铺装层的平整度、厚度等项目检测结果均满足设计及相关规范要求,验证了环氧树脂沥青铺装具有良好的路用性能,适合作为长期处于高温环境中的钢桥面铺装。通过近一年半的运营情况表明,石首长江大桥行车道桥面采用下层EA+上层改性SMA双层铺装,能与桥梁结构相适应,且效果良好。但该铺装结构应用于本桥的不对称结构、交通量及温度条件下的长期路用性能如何,还有待时间的考验。
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