【正文】 DIN 1996 剪切強(qiáng)度（ 70℃） （ Mpa） ≥ 空隙率 （ %） ≤ 1 JTJ0522021 滲水率 ml/min ≤ 1 JTJ0522021 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 18 防水粘接層性能要求 為了實(shí)現(xiàn)鋼橋面板與瀝青鋪裝層之間的有效粘接，防止鋼板被腐蝕而導(dǎo)致鋪裝各層之間出現(xiàn)脫層，從而出現(xiàn)鋼橋面鋪裝的早期破壞，就必須設(shè)置合理的防水粘接體系，在鋼橋面鋪裝中，應(yīng)將鋪裝上層以下的所以結(jié)構(gòu)層都應(yīng)稱作 防水結(jié)構(gòu)層，統(tǒng)稱為防水粘接體系，在英國，有部分鋼橋面鋪裝就是采用防水粘接體系 +薄層磨耗層（ BBM）的結(jié)構(gòu)，在德國也是這樣分的結(jié)構(gòu)層，根據(jù)以往鋼橋面的破壞原因，本項(xiàng)目主要進(jìn)行防水粘接體系的研究，不僅限于防水粘接劑的研究，還包括防水緩沖層、鋪裝下層作為防水體系的研究。 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 15 圖 8 橫隔板鋪裝表面應(yīng)力結(jié)果圖示 表 5 橫隔板計(jì)算結(jié)果值 最 大位移 （ mm） 最大縱向應(yīng)力 y? （ MPa） 最大縱向拉應(yīng)變 ?y（ ??） 鋼板表面 鋪裝表面 III．縱隔板 對加鋪瀝青砼鋪裝后的縱隔板處鋼橋面板和鋪裝的計(jì)算 ,其結(jié)果見表 6 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 16 圖 9 橫隔板鋪裝表面應(yīng)力結(jié)果圖示 表 6 縱隔板計(jì)算結(jié)果值 最大位移 （ mm） 最大縱向應(yīng)力 X?（ MPa） 最大縱向拉應(yīng)變 ?x（ ??） 鋼板表面 鋪裝表面 二 . 計(jì)算結(jié)果分析 從上面的圖形和數(shù)據(jù)表格兩種計(jì)算結(jié)果輸出方式中可以看出，通過對安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 17 安慶大橋鋼箱梁橋面系結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)部位（縱向 U 形加勁肋和縱。其結(jié)果見表2。 其結(jié)果見表 1。 (3) 單 元形式 對于整個(gè)有限元計(jì)算模型的建立，鋼橋面板結(jié)構(gòu)取用板單元形式，瀝青鋪裝體結(jié)構(gòu)取用塊單元形式，粘結(jié)層以讀入剛度矩陣單元的形式在ALGOR FEAS 中與橋面鋼板板單元和鋪裝體塊單元組合成一完整的鋼橋面鋪裝計(jì)算分析模型。報(bào)告中主要對鋼箱梁橋面系中的 U 形加勁肋、橫隔板和縱隔板在輪載作用下的最大應(yīng)力和應(yīng)變分布狀況作較全面的計(jì)算?？紤]一定的余地，可估算安慶長江大橋鋼橋面鋪裝極端使用溫度約在 15℃~70℃，鋪裝底面及鋼板溫度約在 15℃ ~65℃。 ③ 澆注式瀝青混凝土和 SMA 瀝青混凝土的性能研究，從而比較兩者的防水性、變形性和疲勞特性。 預(yù)拌碎石+粘層 粘接層鋼板噴砂除銹 清 潔度sa2. 5,粗 糙度50～ 100澆注式瀝青混凝土35mm改性瀝青SMA1 0 3 5mm橡膠瀝青砂膠緩沖層 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 5 圖 方案一 改性乳化瀝青粘層 粘接層鋼板噴砂除銹 清 潔度sa2. 5,粗 糙度50～ 100sma1 0瀝青 混凝土35 mm改性瀝青SMA1 0 3 5mm橡膠瀝青砂膠緩沖層 圖 方案二 本課題的主要研究內(nèi)容 根據(jù)鋼橋面鋪裝的特殊使用條件及性能要求，我們在總結(jié)已建成通車的鋼橋面鋪裝研究工作的基礎(chǔ)上，通過提高材料性能，使鋪裝層更適應(yīng)于鋼橋面鋪裝特定使用條件。 改性瀝青 SMA 混凝土鋪裝層的主要優(yōu)點(diǎn)是：柔韌性、抗松散、抗裂能力強(qiáng)，具有良好的耐久性和防水性能；抗塑流和抗永久變形的能力強(qiáng)，不易產(chǎn)生車轍，具有粗糙的表面構(gòu)造，防滑性能好，施工難度相對較小，施工期短，費(fèi)用較低，但需要更進(jìn)一步解決鋪裝層與鋼板的粘接和防水問題。施工需要一系列專用設(shè)備，施工期長。它具有良好的行駛性能，重量輕，適合于發(fā)展大跨徑橋梁。再鋪裝瀝青密封層（緩沖層）和兩層澆注式瀝青混凝土，其中，瀝青密封層的厚度為 3～ 4 ㎜，用量為 ㎏ /㎡，澆注式瀝青混凝土的厚度為 2 ㎝； ③ 用防水瀝青油氈代替第二層環(huán)氧樹脂，其他同①。但卷材在施工過程中容易殘留空氣，形成氣泡，并且邊角部位很難貼實(shí)。 在隨后的上海盧浦大橋鋼橋面的研究中主要進(jìn)行了粘接層的研究，主要針對橋面鋪裝所產(chǎn)生的脫層推移病害進(jìn)行。超載車比例相對較小即使交通量很大（鵝公巖大橋， 2021 年 8 月統(tǒng)計(jì)晝夜交通量已達(dá) 7 萬輛），也沒有產(chǎn)生早期脫層病害。由于當(dāng)時(shí)我國對 SMA 本身認(rèn)識不足，對橋面鋪裝的溫度、荷載使用條件把握不充分，加之施工前臨時(shí)改變實(shí)施方案及施工工藝控制不到位，鋪裝 1997年 5 月通車后半年即產(chǎn)生了車轍及橫向推移病害。而我國對鋼橋面鋪裝較系統(tǒng)的研究工作開始于廣東虎門大橋。然而，正交異性鋼橋面板的橋面鋪裝問題，過去國內(nèi)并沒有得到充分解決，鋼橋面鋪裝過早出現(xiàn)高溫車轍、橫向推移、開裂等病害，這些病害與鋼橋面鋪裝不利的使用條件及我國的交通狀況有直接的關(guān)系，同時(shí)也體現(xiàn)在防水粘接體系不夠完善，表現(xiàn)為鋪裝壓實(shí)度不夠?qū)е落佈b層防水性較薄弱。作為公路建設(shè)的一部分，正交異性鋼橋面板體系由于其獨(dú)特的優(yōu)勢而成為鋼箱梁橋建設(shè)中常采用的橋面板體系，并且得到了越來越多的應(yīng)用，目前我國已建成并投入使用的大跨徑正交異性鋼箱梁橋有 10 多座，如廈門海滄大橋、江陰長江大橋、重慶鵝公巖長江大橋、宜昌長江大橋、軍山長江大 橋等，都采用了鋼箱梁一正交異性鋼橋面板形式。研究最早始于廣東省肇慶市四會縣馬房鎮(zhèn)的北江大橋。根據(jù)提高后的材料技術(shù)指標(biāo)，并采用了 SMA 方案對廣東 虎門大橋進(jìn)行了鋪裝。從目前上述橋梁橋面鋪裝的使用狀況明顯可以看到，凡重車和超載車比較多的橋梁（廈門海滄、武漢白沙洲、武漢軍山）均產(chǎn)生了脫層推移病害。但海滄大橋鋼橋面在使用近兩年后，在進(jìn)島方向行車道上開始產(chǎn)生局部脫層（推移病害），由于破壞部位未能及時(shí)修補(bǔ)，在水的滲透下脫層的迅速擴(kuò)大，并不得不在 2021 年 10 月進(jìn)行修復(fù)施工。 在國外，鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究較早，技術(shù)也較成熟，歸納起來大致有以下幾種類型：日本的鋼橋面鋪裝多采用澆筑式瀝青混凝土兼擔(dān)防水功能，且都不單獨(dú)設(shè)防水層，在鋪裝層與鋼板間一般采用溶劑型瀝青橡膠（ 2 ～ ㎡）等起粘接作用；而在一些使用改性瀝青密級配混凝土作為鋪裝下層時(shí)，一般采用改性瀝青卷材 作為防水層。防水層主要有如下三種形式： ①在經(jīng)打砂的鋼板上涂布兩層 環(huán)氧樹脂，第一層與鋼板的粘接力≥ ，第二層與第一層的粘接力≥ ，環(huán)氧總用量為 300～ 500g/㎡ ,其上撒一層小碎石，碎石之上再依次鋪裝緩沖層（厚 4 ㎜）和澆注式瀝青混凝土（厚度共 7~8 ㎝）； ②在經(jīng)打砂的鋼板上直接涂布 的溶劑型瀝青粘接劑 ，用量為 200～ 300g/㎡，要求與鋼板的粘接力≥ MPa。 世界各國的鋼橋面鋪 裝基本上均采用瀝青混凝土體系。其主要缺點(diǎn)是：高溫穩(wěn)定性差，易形成車轍。瀝青瑪蹄脂中的湖瀝青含量一安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 4 般為 70%，而澆注式瀝青中的湖瀝青含量一般為 30%， 主要依據(jù)所采用的基質(zhì)瀝青不同而不同。 本課題的研究思路 在已有研究成果基礎(chǔ)上，客觀分析過去鋼橋面鋪裝產(chǎn)生病害的原因，找出以前方案的不足，并積極探索新的鋪裝結(jié)構(gòu)，本研究中主要進(jìn)行兩種鋪裝結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究：方案一，是溶劑型粘接劑 +緩沖層 +澆注式瀝青混凝土 +改性瀝青 SMA（如圖 ） ；方案二，為雙層碎石環(huán)氧 +溶劑型粘接劑 +緩沖層 +澆注式瀝青混凝土 +改性瀝青 SMA 的鋪裝結(jié)構(gòu) （如圖 所示） ，并進(jìn)行相應(yīng)的粘接層、緩沖層和混合料的研究，以及鋪裝組合結(jié)構(gòu) 的研究，進(jìn)一步更好地解決鋼橋面鋪裝關(guān)鍵技術(shù)問題，提高鋼橋面鋪裝的使用性能，是我們開展安慶長江大橋鋼橋面鋪裝技術(shù)研究的目標(biāo)，兩種鋪裝方案示意圖如下。 ② 鋪裝層改性瀝青類型的比選。 表 安慶地區(qū)氣象特征表 極端最高氣溫 ℃ （ 2021 年 ） 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 6 極端最低氣溫 ℃ 月平均最高氣溫 ℃ 7 月 月平均最低氣溫 ℃ 1 月 多年平均氣溫 ℃ 根據(jù)氣象資料并結(jié)合過去我們對鋼橋面鋪裝溫度測試的經(jīng)驗(yàn)結(jié)論：一般在低溫時(shí)，鋪裝溫度略高于氣溫，高溫時(shí)，鋪裝層溫度比氣溫高 30℃ ~35℃左右（太陽直射狀態(tài)下，約在下午 1~3 時(shí)），鋪裝底面及鋼板溫度比氣溫高 20℃ ~25℃。 2. 計(jì)算分析方法簡介 本報(bào)告對鋼橋面鋪裝的計(jì)算分析方法是應(yīng)用了交通部重點(diǎn)科技項(xiàng)目《大跨徑橋梁鋪裝層與正交異性鋼橋面板的受力分析和理論研究》的科研成果，其主要是用有限元分析方法對正交異 性鋼橋面板和瀝青砼鋪裝體系在車輛軸載的作用下的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行分析，并將聯(lián)結(jié)橋面鋼板和鋪裝體的粘結(jié)層作為一特殊的夾層單元形式置入，以模擬鋼橋面板和鋪裝體系的聯(lián)結(jié)狀態(tài)。 圖 1 鋼橋面板計(jì)算模型幾何形狀 鋼橋面板的物理參數(shù)為： D 梁段：頂板厚 :14mm， U 形肋厚： 8mm 密度 ρ = 10?3 （ Kg/cm3 ） 彈性模量 E= 106 (Kg/cm2 ) 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 8 泊松比μ = 瀝青鋪裝的物理參數(shù)為 鋪裝上層：厚度 =35mm， E=1400Mpa 鋪裝下層：厚度 =40mm， E=1600Mpa 泊松比μ = (2) 有 限元網(wǎng)格的生成 計(jì)算模型是用 ALGOR FEAS 有限元分析軟件的 ViziCAD 建立三維實(shí)體圖形，并由 Automesh 程序進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于需對該橋進(jìn)行 U 形加勁肋和縱、橫隔板處的變形和應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算，因 此分別建立了 4 個(gè)計(jì)算模型。 一． 計(jì)算結(jié)果 (1) 鋪裝前橋面鋼板的計(jì)算結(jié)果 I． U 形加勁肋（荷載位置 I） 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 9 圖 2 U 形肋處鋼板表面應(yīng)力結(jié)果圖示（荷位 I） 荷載作用位置： 輪載作用在兩 U形加勁肋之間的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。 表 1 U 形肋計(jì)算結(jié)果值 荷 位 類 別 最大位移 （ mm） 肋間相對撓度 （ mm） 曲率半徑 （ M） 最大橫向應(yīng)力 x? （ MPa） 最大橫向拉應(yīng)變 ??（ ??） 荷 位 I 荷 位 II III．橫隔板 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 11 荷載作用位置： 輪載作用在橫隔板邊緣時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況。 圖 6 U 形肋處鋪裝表面應(yīng)力結(jié)果圖示（荷載位置 I） 安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 14 圖 7 U 形肋處鋪裝表面應(yīng)力結(jié)果圖示（荷載位置 II） 表 4 U 形肋計(jì)算結(jié)果值 荷 位 類 別 最大位移 （ mm） 肋間相對撓度 （ mm） 曲率半徑 （ M） 最大橫向應(yīng)力 x? （ MPa） 最大橫向拉應(yīng)變 ??（ ??） 荷位 I 鋼板表面 鋪裝表面 荷位 II 鋼板表面 鋪裝表面 II．橫隔板 對加鋪瀝青砼鋪裝后的橫隔板處鋼橋面板和鋪裝的計(jì)算 ,其結(jié)果見表 5。 表 環(huán)氧粘接劑技術(shù)要求 性 能 要 求 粘接強(qiáng)度（ 25℃） ≥ 剪切強(qiáng)度 70℃ ≥ 25℃ ≥ 拉伸伸長率（ 25℃） ≥ 20% 低溫彎曲性能（ 20℃） Φ 20 圓棒彎曲 900無裂紋 表 溶劑型粘接劑技術(shù)要求 性 能 要 求 試驗(yàn)方法 粘度（ 20℃）， s ≤ 40 JTJ0522021 固體含量 ≥ 40% JTJ0522021 閃點(diǎn) ≥ 23℃ JTJ0522021 施工溫度 ℃ 5～ 40 施工時(shí)間， h ≥ 4 指干時(shí)間（ 25℃）， h ≤ 4 與底層粘接強(qiáng)度（ 25℃） ≥ 拉拔試驗(yàn) 表 緩沖層性能指標(biāo)要求 指 標(biāo) 要 求 試驗(yàn)方法 軟化點(diǎn)（ Ramp。 在鋼橋面板溫度應(yīng)力和行車荷載作用下，鋼板和鋪裝層都要發(fā)生一層程度的撓曲變形，粘接層須提供足夠的結(jié)合力以抵抗鋪裝層和鋼板之間產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，使得整個(gè)橋面系統(tǒng)在行車荷載的作用下保持良好的整體性，不至于因?yàn)檐囕v的水平剪切作用而造成層間滑移，引起橋面擁包、坑槽等病害；同時(shí)鋼橋在行車和風(fēng)力等其他條 件的作用下要產(chǎn)生一定的變形，因此要求防水粘接層應(yīng)具有適應(yīng)鋼板變形的性能要求。 粘接層材料多為有機(jī)材料或高分子改性瀝青材料，而有機(jī)物的缺點(diǎn)是容易老安慶大橋鋼橋面鋪裝試驗(yàn)研究報(bào)告 19 化，老化后，材料會喪失原先一些優(yōu)良的性能，彈性、韌性、強(qiáng)度、 防水性能都會降低，如果耐老化性能過差，還回降低與其他層次的粘結(jié)力，導(dǎo)致面層早期破壞，因此，要求防水粘接層具有優(yōu)良的耐久性能，即不低于面層材料的耐久性。 5）施工方便、容易控制 防水粘接層施工受外界因素影響較多，為了減少外界的干擾，應(yīng)盡量采用施工工期短、施工工藝簡單的材料。 2 11