周天喜

摘要 廣州南沙區(qū)某重點建設(shè)工程主橋采用（62+104+580+104+62）m雙塔斜拉橋。為研究該橋鋼橋面鋪裝方案，對四種大跨度鋼主梁的公路橋面形式進行了詳細介紹，從技術(shù)特點及經(jīng)濟方面對四種橋面鋪裝方案進行了詳細對比，選擇超高性能混凝土組合橋面為推薦方案；最后對超高性能混凝土組合橋面進行結(jié)構(gòu)有限元靜力分析，結(jié)果表明UHPC可大幅度改善鋼箱受力，有效提高橋面的局部剛度，改善橋面鋪裝的耐久性能。通過以上研究為同類橋梁的設(shè)計、施工提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 鋼箱梁；橋面鋪裝；超高性能混凝土組合橋面；有限元

中圖分類號 U443.33文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0053-04

0 引言

大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝主要病害有疲勞開裂、高溫車轍、粘結(jié)層失效或脫層、橫向推移和擁包等。根據(jù)國內(nèi)外正交異性鋼橋面鋪裝研究、設(shè)計、施工及運營的實踐經(jīng)驗，影響橋面鋪裝的因素很多，主要因素有氣候環(huán)境（尤其是溫度）、交通荷載、橋面局部剛度、鋪裝材料、施工質(zhì)量等[1]，如何徹底解決正交異性鋼橋面病害問題一直以來是橋梁工程行業(yè)的一大難題。

1 工程概況

根據(jù)城市總體規(guī)劃及綜合交通規(guī)劃，某大橋工程是南沙港重要的對外疏港通道，同時也是萬頃沙區(qū)塊聯(lián)接其他區(qū)塊以及對外聯(lián)系的重要干道，以通行貨車為主。路線西起紅蓮路與迪安路交叉口東側(cè)，向東上跨萬新大道、萬環(huán)東路之后，跨越龍穴南水道，在龍穴島側(cè)與龍穴大道通過立交銜接。主橋采用（62+104+580+104+62）m雙塔斜拉橋，全長912 m，其中主跨采用鋼箱梁，邊跨采用混凝土主梁，主橋結(jié)構(gòu)采用半漂浮體系，全橋布置圖見圖1所示。

2 橋面鋪裝方案選擇

鋼箱梁因強度高、自重輕、施工快的特點在國內(nèi)外大跨度橋梁中被廣泛采用，大跨度鋼箱梁的公路橋面形式主要有四種：①鋼橋面板+澆筑式瀝青混凝土橋面。②鋼橋面板+SMA瀝青層橋面。③鋼橋面板+環(huán)氧瀝青混凝土橋面。④鋼橋面板+UHPC超高性能混凝土板+瀝青混凝土橋面[2]。從技術(shù)特點及技術(shù)經(jīng)濟方面，對四種橋面鋪裝方案進行綜合比較，具體見表1所示。

由表1中的技術(shù)特點及技術(shù)經(jīng)濟比較綜合來看，四種方案均有各自特點，工程造價也有一定差異。由于超高性能混凝土層對柔性鋪裝磨耗層的支撐作用，大大改善了其受力條件，提高了使用壽命，在養(yǎng)護期內(nèi)基本上僅需要對磨耗層進行更換且更換次數(shù)少，后期養(yǎng)護簡便且費用低，鋪裝項目的總投資額約為柔性鋪裝方案的10%～40%。

此外，對于新建橋梁而言，在設(shè)計階段應(yīng)用UHPC超高性能混凝土組合橋面技術(shù)，還可以直接節(jié)約橋梁主體結(jié)構(gòu)的用鋼量，減輕橋梁上部結(jié)構(gòu)的重量，降低全橋的總造價，其經(jīng)濟性能將更為突出[3]。

“超高性能混凝土組合橋面”方案在馬房北江大橋、洞庭湖二橋等大型橋梁工程的使用情況來看，效果良好。超高性能混凝土與橋面形成的組合結(jié)構(gòu)提高了橋面剛度，大幅度減小了面板和縱橫肋疲勞應(yīng)力；磨耗層能有效降低粘結(jié)層失效、磨耗層開裂、車轍、推移等破壞風(fēng)險。該工程大橋通行貨車比例超過50%，主橋中跨鋼箱梁采用超高性能混凝土組合橋面，在橋梁全壽命周期內(nèi)的綜合優(yōu)勢明顯[4-5]。

該項目鋼橋面鋪裝由超高韌性混凝土（UHPC）（5 cm）+瀝青混凝土磨耗層（3 cm）組成，橋面鋪裝示意圖見圖2所示：

3 超高性能混凝土組合橋面計算分析

3.1 計算荷載

結(jié)構(gòu)自重：計入材料密度和重力加速度，以結(jié)構(gòu)實際自重施加一期恒載，鋼結(jié)構(gòu)按γ=78.5 kN/m3。

二期恒載：鋼箱梁二恒為107.4 kN/m3，根據(jù)二恒具體位置，分區(qū)域精確加載。

活載：采用城－A級車輛荷載，主橋為雙向八車道，半幅橋面取四輛車進行布載?？紤]鋪裝層的擴散，以車輪著地荷載的方式施加在鋼箱梁頂板。

對橋面板及橋面系構(gòu)件的沖擊系數(shù)，一般可按規(guī)定計算或取值。對鋼箱梁橋面板局部驗算時，該系數(shù)取值為1.4。

3.2 計算模型介紹

計算采用ANSYS建模，有限元模型如圖3所示。

3.3 UHPC作用分析

該橋橋面采用5 cm超高性能混凝土鋪裝層。為分析UHPC混凝土鋪裝層對鋼箱梁受力的影響，進行了研究計算，節(jié)段加載模型如圖 4所示。

在考慮UHPC作用下，鋼箱梁整體豎向變形如圖5所示，鋼箱梁橫斷面跨中位置最大下?lián)蠟?.28 cm。

在考慮UHPC作用下，橋面板順橋向正應(yīng)力如圖6所示，順橋向最大正應(yīng)力為?35.6～46.7 MPa。

在考慮UHPC作用下，橋面板橫橋向正應(yīng)力如圖7所示，橫橋向最大正應(yīng)力為?93.6～80.2 MPa，該最大值為個別應(yīng)力集中點，大部分范圍在?35～5 MPa之間。

在考慮UHPC作用下，U肋順橋向正應(yīng)力如圖8所示，最大順橋向正應(yīng)力為?60.9～51.5 MPa。

在考慮UHPC作用下，斜拉索橫隔板VON-MISES應(yīng)力如圖9所示，最大VON-MISES應(yīng)力為170 MPa。

以上計算結(jié)果見表2所示。

從表2計算結(jié)果可知，中跨鋼箱梁橋面鋪裝采用UHPC組合橋面明顯降低了鋼箱梁橋面板、U肋及橫隔板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，改善了鋼箱梁結(jié)構(gòu)受力，并有效提高了橋面的局部剛度，從本質(zhì)上解決了鋼橋面結(jié)構(gòu)的耐久性問題[6]。

4 結(jié)語

該文對某工程大跨度斜拉橋鋼箱梁四種橋面形式進行了詳細研究，從技術(shù)特點及經(jīng)濟性能方面對四種橋面鋪裝方案進行了詳細比選，該工程通行重車比例超過50%。

采用超高性能混凝土組合橋面作為該工程的實施方案，在橋梁全壽命周期內(nèi)綜合優(yōu)勢明顯。通過對超高性能混凝土組合橋面進行結(jié)構(gòu)有限元靜力分析，結(jié)果表明UHPC可大幅度改善鋼箱受力，有效提高橋面的局部剛度，解決了橋面鋪裝的耐久性能問題。該項目自2023年5月通車以來，超高性能混凝土組合橋面表現(xiàn)優(yōu)良，取得了良好的社會效應(yīng)。

參考文獻

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