钢桥面铺装技术概述

正交异性板桥面
1999
江阴长江大桥
1385 我国首座跨径超千米的特大型钢箱梁悬索桥梁
Introduction
1997 1969 1937 2007 2011 2009 2009
2001
青马大桥 韦拉扎诺桥
金门大桥 阳逻长江大桥 南京大胜关长江大桥 天兴洲长江大桥 朝天门长江大桥
南京长江二桥
1,377 1290 1280 1280 2×336 504 552
• 姜从盛，姚永永等人[12]在工程实例（武汉白沙洲大桥）的基础上，根 据桥面铺装的实际破坏情况，研究分析病害成因，引入新型防水粘结 材料并采用界面粗糙化处理技术对铺装层病害部位进行修复，对防水 粘结层材料的粘结强度、抗剪强度以及弯曲变形性能进行试验。
• 黄卫，钱振东[13]研制出了优质的铺装材料——环氧沥青混凝土，并在 南京长江二桥的应用上获得成功。
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病害及设计要点
• 2.2防水粘结层破坏
• 随着南京长江二桥、南京长江三桥以及润扬长江公路大桥等多座大跨 径钢箱梁桥的建成和投入使用，我国的钢桥面铺装的研究与所取得的 技术也口益成熟，桥面铺装结构中防水粘结层的设置至关重要，其作 用主要体现在一下四点：
• （1）在钢板与沥青铺装层之间起粘结作用；
11Li
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病害及设计要点
图12 横向裂缝
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病害及设计要点
图13 纵向裂缝
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病害及设计要点
• 针对发生的疲劳问题，专家们提出了各种建设性意见。主要在钢桥面 板构造方面进行改进。对正交异性面板的各部分构造尺寸进行合理设 计、现场焊接组装进行严格控制、制造加工进行试验总结以减少疲劳 裂纹的产生，提高钢桥面板的耐久性，延长钢桥的使用年限。
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简 介 Synopsis
此外，钢桥面板铺装层的行车舒适性，安全性及耐久性 已经成为桥梁工程质量评价的一项主要标准，并普遍受 到社会各界的重视。因此，本文就钢桥面板的常见病害 阐述与其相对应的设计要点，对大跨径钢桥面板铺装层 材料类型作相应的对比分析，并结合长江二桥的工程实 例对钢桥面板铺装层设计中需要考虑的问题进行论述。
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绪 论 Introduction
图1 英国的Severn桥是其 中具有代表性的一座采用 钢桥面板的桥。Severn桥 主跨988m，是世界上第一 座以扁平钢箱梁作为主梁 的悬索桥，建于1966年。
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绪 论 Introduction
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病害及设计要点
• 而开裂的病害成因多种多样，其中主要的一个原因是正交异性钢板的 疲劳开裂。正交异性钢桥面板在钢桥中的应用广泛，但正交异性板构 造极其复杂，焊缝数量多，制造工艺难度高，现场组装精度要求高， 焊接产生的残余应力高，结构本身存在初始缺陷，再加上桥面板直接 承受荷载的反复作用等等，在这些因素的影响下，正交异性板容易产 生疲劳破坏。而且，大量的实验研究和实际工程证明，正交异性钢桥 面板铺装层在纵向加劲肋顶部和纵隔板顶部铺装层表面易出现纵向开 裂（如图13），横隔板顶部铺装层表面易出现横向开裂（如图12）。
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病害及设计要点
1.疲劳破坏
2.防水粘结层破坏
3.铺装层设计要点
• 随着钢桥面板在桥梁的桥面体系中的广泛应用，经过一段时间的通车， 钢桥面板的一系列弊端开始显露，主要表现为锈蚀、疲劳、开裂、不 耐久等问题。同时钢板的夏季温度高、防水防锈及层间结合问题都致 使钢桥面铺装较一般公路沥青混凝土铺装更加复杂困难。
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绪 论 Introductio课程论文汇报
绪 论 Introduction
图8 西堠门大桥
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绪 论 Introduction
图9 韦拉札大桥
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绪 论 Introduction
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框 架 Scheme
绪论：1.钢桥面板的发展 2.钢桥面板铺装技术的发展与研究现状
钢桥面板铺装层常见病害及设计要点
大跨径钢桥面铺装层：1.材料特性 2.铺装实例
结论与展望
参考文献
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绪 论 Introduction
1.钢桥面板的发展 2.钢桥面板桥面铺装发展和研究现状
• 自1934年，世界上第一座钢桥面板连续板梁桥——Feldcoeg桥建成以 来，钢桥面板凭借自重轻、跨度大、施工便捷及经济效益高等优势逐 渐替代混凝土桥面板成为桥梁工程中的新宠，并广泛应用到各种形式 的桥梁结构中。
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绪 论 Introduction
• 1.1钢桥面板的发展
图2 潼关黄河铁路桥
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绪 论 Introduction
图3 按康瀛湖镇汉江桥
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绪 论 Introduction
图4 北江公路桥
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绪 论 Introduction
图5 胜利黄河公路桥
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图10 青马大桥
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绪 论 Introduction
图11 南京长江二桥
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绪 论 Introduction
• 1.2钢桥面板铺装技术的发展与研究现状
• 对钢桥面铺装技术的研究最早始于德国，随后，英、美、日等国家也 陆续开始研究钢桥面铺装技术。在研究过程中，德、日等一小部分国 家制定了相关的铺装技术规范，积累了大量的研究经验。但是，由于 桥梁结构形式的不同，交通状况的多变以及气候等自然因素的影响， 钢桥面的铺装形成了地区差异。因此，钢桥面板铺装技术的规范化仍 是目前研究的技术要点。我国钢桥面板技术的引进较晚，而正交异性 钢桥面板桥梁的修建也起步较晚（约为20世纪80年代）。并且，由于 存在地区交通状况与自然条件的差异性，以及长时间持续高温的气候 特点和严重的超载现象，均与西方国家的情况不同，故而在引进西方 国家的铺装技术经验时存在较大的困难。
• 在桥面结构中，铺装层的作用主要体现在，其避免了桥面板直接受到 车轮荷载的作用，传递并分散了汽车荷载的作用，并保护了钢桥面板 暴露在空气中，具有良好的防锈、防水功能，确保了桥梁结构的使用 寿命。因此，钢桥面铺装层出现病害对桥面结构的危害是极大的，故 而除了要满足抗变形和其它路用性能的一般要求外，一方面须具备适 应桥面板弯曲变形的抗疲劳，另一方面须具有与钢板良好的粘结性、 对钢板的防水腐蚀作用。
• 我国在20世纪70年代初，开始学习西方国家并引进了钢桥面板的技术。 潼关黄河铁路桥是我国第一座建成的简支箱梁钢桥面板桥，其跨长 32m（如图2）。随后又陆续建成了汉江斜腿钢桥（安康瀛湖镇汉江 桥），北江公路桥，胜利黄河公路桥（如图3-5），继而迎来了一个 黄金时期。在此期间，桥梁建设规模、速度和技术创新都飞速发展， 大量的大跨度桥梁应运而生，其具有新颖的结构设计，复杂的技术要 求，现代化的品味审美和高质量的科技创新。截止到目前，应用钢桥 面板的大跨度桥梁（包括钢箱梁悬索桥、斜拉桥等）已有近百座。
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• 在我国，钢桥面板在大跨度桥梁中也已经得到了较为推广和应用。最 早在1996年，由国内专家自主设计的西陵长江大桥是我国第一座全焊 接钢箱梁悬索桥，该桥主跨900m，在当时是突破技术的大跨径桥梁。 此后，我国在钢桥面板大跨径桥梁方面的研究实践陆续落实，如江阴 长江大桥、南京长江二桥、朝天门长江大桥、南京大胜关长江大桥等 均在不断挑战着跨度极限，并在结构形式、材料性能、施工架设、经 济适用等方面不断突破与创新。表1详细罗列了国内外较为有名的大 跨径钢桥。
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病害及设计要点
• 2.1疲劳破坏
• 钢桥面板桥梁铺装层最常见的问题之一就是疲劳问题。关于疲劳破坏 的原因，早期研究认为，由于铺装料长期服役导致疲劳，使得材质脆 化，最终结构骤然脆裂。但后期大量实验研究表明，材料疲劳破坏后 其力学性能并没有发生改变，疲劳破坏的实质是结构或构件在交变应 力作用下，形成最初的细微疲劳裂纹，随后疲劳裂纹扩展，接着疲劳 裂纹迅速扩展直至最后结构疲劳断裂[3]。
• 罗立峰等人[10]以薄板理论为基础，简化分析桥梁上部结构，提出了桥 面铺装设计的控制指标。
• 肖秋明、查旭东等人[11]通过研究汽车正常行驶和紧急制动时，沥青混 凝土铺装层与钢箱梁之间的剪应力，并根据分析结果得出粘结层的抗 剪指标。
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绪 论 Introduction
绪 论 Introduction
• 随着钢桥面板的迅速推广，大跨径桥梁在众多桥梁结构形式中脱颖而 出，尤其在跨越江、河、海峡时，更加充分发挥了其轻质高强、快速 美观以及跨越能力大等优势。而多项成功的实例也证明，大跨径桥梁 的发展创新已经成为了必然趋势，钢桥面板的应用在此过程中也显示 出了空前的竞争优势。例如：1964年，世界上第一座采用钢桥面板结 构的中承式系杆拱桥——Port Mann桥在加拿大温哥华建成；1999年， 世界上跨度最大（主跨度1991m）的梁桥——明石海峡大桥在日本建 成等。
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绪 论 Introduction
• 因此，国内专家学者开始针对我国的交通、自然条件进行对钢桥面板 铺装层技术的自主研究。研究的主要方向包括正交异性钢桥面板铺装 层的材料组成和力学性能，粘结层强度，钢板和铺装层的抗疲劳性能 等。