關(guān)鍵詞：鋼橋面鋪裝 | 加速加載試驗 | 新型超薄鋪裝層
正交異性鋼橋面板，由于具有構(gòu)件質(zhì)量輕、運輸與架設方便、施工周期短、造價低、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良等優(yōu)點，已建成或正在建設的大跨徑橋梁大多數(shù)采用正交異性鋼橋面板，但由于柔度大、加勁肋位置應力集中、對環(huán)境溫度敏感等特點，導致鋼橋面鋪裝受力變形復雜[1]。傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝有澆筑式瀝青混合料GA、環(huán)氧瀝青混合料EA兩大類，但是在實際應用中仍然存在一定的高溫車轍、低溫開裂等問題。
為了解決鋼橋面鋪裝常見病害的問題，安徽省某公司歷時多年研究形成了新型的正交異性鋼橋面超薄鋪裝層成套技術(shù)[2]。該技術(shù)在2014年shou次在徐明高速公路五河淮河特大橋得到大規(guī)模應用，鋪裝厚度僅12mm，已正常通車運營5年時間，整體性能良好。
中派河特大橋是G3京臺高速公路方興大道至馬堰段改擴建工程的重要橋梁，橋面鋪裝采用了新型的超薄層聚合物鋼橋面鋪裝。對鋼橋面鋪裝的長期使用性能進行檢驗，加速加載試驗是目前公認的zui接近實體工程的試驗方法[3-7]。為了對新型超薄鋪裝層的長期使用性能進行驗證，以中派河特大橋為依托，采用MLS66加速加載試驗設備進行了試驗研究。
新型超薄鋪裝層
傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝層材料，如GA、EA，本質(zhì)上是改性的瀝青混合料，屬于熱塑性材料，能反復加熱軟化和冷卻硬化。因此，傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝當遭遇鋼橋面的ji端高溫環(huán)境后，ji易產(chǎn)生高溫車轍病害。傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝層厚度，普遍為50~70mm。
由于鋼橋面板提供了強有力的承載面，且其表面平整度也可加工到一定的精度，因此鋼橋面鋪裝僅屬于功能層，功能上應能保護鋼板防止銹蝕并提供抗滑耐磨的表面，且其自身應保證一定的使用耐久性。
新型超薄鋪裝層材料為熱固性材料，加熱時不能軟化和反復塑制，因此從根本上完全杜絕了高溫車轍病害的發(fā)生。
新型超薄鋪裝層的厚度僅為12mm，不僅滿足實際使用效果，其經(jīng)濟效益十分顯著，一是鋪裝造價大幅降低，可節(jié)約50％的鋪裝費用；二是鋪裝自重減輕約80％，相應可減少的橋梁結(jié)構(gòu)造價十分可觀。
新型超薄鋪裝層按照功能，自下而上可以分為3層：防水黏結(jié)層，具有防水、防腐、黏結(jié)等功能；中間層，要求隨鋼板變形的能力比較強，具有抗裂、緩沖、防水等功能；磨耗層，具有抗滑、磨耗、避免中間層受外部環(huán)境影響等功能。防水黏結(jié)層、中間層、磨耗層的性能指標見表1。
試驗擬定了2種鋪裝結(jié)構(gòu)方案進行對比試驗研究，鋪裝結(jié)構(gòu)組合方案見圖1。其中方案1為行車道及左側(cè)路緣帶的結(jié)構(gòu)方案，方案2為應急車道的結(jié)構(gòu)方案。
加速加載試驗方案
加速加載設備采用的是遼寧省某公司購置的MLS66路面加速加載試驗系統(tǒng)。
試驗試件
考慮到加速加載設備尺寸受限，加速加載試驗的試件只能采用正交異性鋼橋面板的局部試件。參照實際中派河特大橋的圖紙，采用了長8m、寬1.8m、高0.6m的局部試件，橫向包含3根U肋，縱向包含3道橫梁。
為了保證加速加載試驗結(jié)果的有效性，研究中采用有限元模擬對比了局部試件與實橋節(jié)段的有限元模型的受力狀態(tài)，見圖2。結(jié)果表明：在各荷載工況作用下的zui不利位置處，局部模型與實橋模型的應力十分接近；在U肋對接焊縫處zui不利荷載作用下，局部模型的U肋底部對接焊縫處拉應力稍大于實橋模型，故試驗結(jié)果偏于安全。因此，可認為該局部試件能夠等效模擬實橋的受力特點，局部試件的加速加載試驗結(jié)果能夠有效反映橋面鋪裝的性能衰減規(guī)律。
試驗試件的鋪裝層平面示意見圖3。試驗試件2018年10月8日運抵試驗車間，2018年10月15日完成了基坑和試驗模型底座施工，2018年10月18日完成了試驗模型的吊裝。
加載方案
試驗溫度參考了實橋所在地的氣溫統(tǒng)計情況，近10年ji端zui高氣溫為41℃，ji端zui低氣溫為-9℃?？紤]到鋼箱梁箱體內(nèi)不通風，散熱速度慢，夏季高溫時，鋪裝底面及鋼板溫度比氣溫高15~20℃，且高溫持續(xù)時間相對普通路面更長。結(jié)合加速加載設備控溫條件，試驗模擬橋面的代表溫度，高溫為50℃，常溫為20℃，低溫為0~10℃。特別說明，由于受加速加載設備控溫條件制約，試驗低溫并未達到實際環(huán)境的ji限低溫。
加載軸載采用150kN，加載輪與鋪裝面的接觸位置為加載輪的輪隙中心對準試驗試件中間U型加勁肋。累計加載300萬次，分為3個階段完成，詳細加載方案見表2。第1階段目標加載次數(shù)100萬次，2018年10月26日開始試驗，11月19日完成。第2階段目標加載次數(shù)100萬次，12月3日開始試驗，12月26日完成。第3階段目標加載次數(shù)100萬次，2019年1月7日開始試驗，1月26日完成。
試驗檢測
試驗通過檢測其在高低溫ji限條件下的加載過程中構(gòu)造深度、表面平整度及鋪裝表觀狀態(tài)的變化，評價鋪裝的抗滑性、耐磨性、抗車轍性等使用功能以及使用耐久性。
(1)對構(gòu)造深度的測量采用手工鋪砂法。為保證測量位置固定，將試件對稱均勻劃分為28個區(qū)塊，方便定點測量構(gòu)造深度，見圖4。
(2)對平整度的測量采用設備附帶的自動斷面平整度記錄儀，它是一種利用位移傳感器記錄斷面平整度形態(tài)的儀器。研究中每加載5萬次檢測1次4個斷面的平整度，平整度測量斷面處于各鋪裝方案的輪跡帶范圍內(nèi)的均勻加載段。
對鋪裝表觀狀態(tài)的變化過程采用照相機進行記錄。當每個加載階段結(jié)束后，從輪跡帶一端觀察至另一端，判斷是否有病害產(chǎn)生，如是否有裂縫產(chǎn)生以及為何種類型的裂縫。
加速加載試驗結(jié)果分析
構(gòu)造深度
累計加載300萬次后，構(gòu)造深度均大于0.55mm，且變化ji其微小，見圖5。表明該鋪裝的抗滑、抗磨耗、抗剝離效果ji佳。
平整度
試驗中的平整度，并非采用3m直尺測定得到的數(shù)據(jù)，而是某斷面上各點高程的zui大差值。測得的平整度與軸載作用次數(shù)的關(guān)系，見表3。
由表2可以看出，隨著加載次數(shù)的增加，新型超薄層鋪裝平整度幾乎不發(fā)生變化，其數(shù)值僅取決于施工完成后、未加載前的初始平整度。試驗發(fā)現(xiàn)，新型超薄鋪裝層由于采用了熱固性材料，加熱時不能軟化和反復塑制，因而完全不會產(chǎn)生高溫車轍病害。
值得注意的是，在觀測平整度測量斷面上各點高程時，發(fā)現(xiàn)在50℃高溫狀態(tài)下鋪裝表面高程整體增加約0.4mm，這源于正交異性鋼橋面板試件的熱脹效應。由于該熱漲效應是均勻的，因此并不影響鋪裝表面的平整度。
表觀狀態(tài)
整個加載過程無裂縫產(chǎn)生，表面平整度、完整性、石料黏附性均良好，較加載初無明顯變化，從表面狀態(tài)來看無明顯病害發(fā)展，見圖6。
結(jié)語
通過累計300萬次的加速加載試驗充分證實的此類新型超薄鋪裝層良好的使用性能，為其推廣應用奠定了理論基礎及科學依據(jù)。
(1)表面黏附性能較好，石料黏附性強，為橋面提供了較好的抗磨耗性能。
(2)溫度敏感性不強，整個試驗過程有高溫、常溫、低溫3種試驗狀態(tài)，各個溫度狀態(tài)下都沒有橋面鋪裝層的推移、脫層、開裂等現(xiàn)象。
(3)抗變形能力強，整個加載過程中采用0.1mm的高精度橋面鋪裝檢測設備對橋面的剪切變形進行檢測均未發(fā)現(xiàn)明顯的形變特征。
(4)未出現(xiàn)明顯的疲勞開裂、車轍、坑槽、推移、脫層等鋼橋面典型病害。
加速加載試驗并未發(fā)現(xiàn)鋼橋面鋪裝產(chǎn)生裂縫，這與加速加載設備溫控系統(tǒng)難以模擬ji限低溫有一定關(guān)系。因此這種新型超薄鋪裝層的抗開裂性能還有待進一步研究驗證。
參考文獻：
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全文完。發(fā)布于《公路》2021年6月。
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足尺路面加速加載試驗設備(APT)提供了一個可定量控制軸荷、加載碾壓速度及加載次數(shù)，并可獲得多項實驗參數(shù)的路面試驗加載手段，通過對不同路面結(jié)構(gòu)、路面材料及路面狀態(tài)在加速加載過程中其路面的變化過程、變化機理以及破壞狀態(tài)的測試，可以分析路面在多次重復加載下的狀態(tài)變化及破壞過程，可以用來評價道路路面，驗證新建道路的質(zhì)量，并確定現(xiàn)有道路的剩余壽命，驗證新路面的設計和改進等。
PaveMLS系列的足尺路面加速加載試驗設備采用的是循環(huán)加載方式，主要特點是施加的軸載荷非常高、加載速度非?？?，并且可以模擬高溫環(huán)境，加載效率更高。對比往復式加載方式每年可以完成更多的加載項目，可以快速的得到試驗結(jié)論，并且節(jié)約大量的時間和人力成本 。
▍PaveMLS69/ PaveMLS66足尺路面加速加載試驗設備安裝6組加載輪，滿荷載加載長度6.9米和6.6米，PaveMLS33安裝4組加載輪，滿荷載加載長度3.3米。也可以拆下部分加載輪來研究道路在不同的荷載間隙時間下的力學響應
▍每個加載輪每小時可循環(huán)1000次 ，PaveMLS69/PaveMLS66每小時可以對路面加載6000 次，PaveMLS33每小時可以對路面加載4000次
▍加載輪對地荷載范圍40kN~75kN (4T~7.5T)
▍PaveMLS69/PaveMLS66每天24小時可以模擬144000輛軸重15T的車輛對道路的碾壓，PaveMLS33每天24小時可以模擬96000輛軸重15T的車輛對道路的碾壓
▍加載輪對地速度可達6m/s，相當于22km/h
產(chǎn)品特點
▍采用直線電機驅(qū)動加載輪進行加載，無需傳動機構(gòu)，工作穩(wěn)定，維護工作少
▍足尺路面加速加載試驗設備可自行移動 ，便于設備位置的調(diào)整和定位
▍加載過程中電腦軟件實時顯示每個加載輪的軸載、設備高度等信息并記錄在加載數(shù)據(jù)文件中，確保加載的一致性
▍足尺路面加速加載試驗設備配置有橫向移動系統(tǒng)，模擬實際道路上輪跡的分布情況，如正態(tài)分布，均勻分布等，橫向移動距離左右各可達0.5米
▍設備配置有路面加熱系統(tǒng)，可以在加載過程中實時控制路面溫度，高可達60℃
▍加載輪使用的設計標準卡車的雙輪轂車輛，也可以選擇安裝輪轂車輪作為加載輪，還可以選擇安裝飛機輪胎來進行靜態(tài)荷載測試
▍加載輪對地荷載通過液壓油壓力產(chǎn)生，即使在不平的道路上荷載依然是穩(wěn)定的，可以非常萬便地通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)內(nèi)蓄能器壓力來調(diào)節(jié)對地荷載，對地靜態(tài)荷載可達110kN
▍加載輪胎壓調(diào)節(jié)范圍500kpa~1000kpa
▍設備配置有250kVA柴油發(fā)電機，可以自行發(fā)電或者使用市電進行供電
▍設備可以升高1米，方便進入設備檢修檢查維護
▍可以對設備內(nèi)部進行灑水來模擬雨天環(huán)境的加載試驗
▍設備配置斷面儀，可以在加載后測量路面車轍
▍加載輪有限荷載可作用到路面以下1米，可以用來研究路基的力學響應和損壞情況
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