钢桥面铺装技术概述课件.pptx
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1、南京林业大学课程论文汇报演示钢桥面板铺装技术概述简 介 Synopsis钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 目前,由于经济暴发,车流量和车辆载荷的急剧增长,钢桥面板的桥梁出现了诸如疲劳裂缝等多项早期病害,且伴随着多发、再现等特点。因此如何优化改进现有钢桥面板的设计施工,避免其与铺装层之间的粘结破坏,疲劳裂缝等一系列病害,是当下亟需解决的问题。简 介 Synopsis钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 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
2、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。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钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction1.钢桥面板的发展2.钢桥面板桥面铺装发展和研究现状钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报自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
3、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。绪 论 Introduction钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 1.1钢桥面板的发展我国在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。
4、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。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。钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图2 潼关黄河铁路桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图3 按康瀛湖镇汉江桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图4 北江公路桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术
5、概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图5 胜利黄河公路桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报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1
6、991m)的梁桥明石海峡大桥在日本建成等。绪 论 Introduction钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报在我国,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。绪 论 Introduction钢 桥
7、 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报通车时间通车时间桥梁名称桥梁名称主跨长度主跨长度(m)备注备注1998明石海峡大桥1991世界上目前最长的吊桥2007西堠门大桥1650世界上最大跨度的钢箱梁悬索桥,全长在悬索桥中居世界第二、国内第一,但钢箱梁悬索长度为世界第一1998大贝尔特海峡大桥1624 2005润扬长江大桥1490 1981亨伯尔桥1410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1997青马大桥1,377创造世界最长的行车、铁路两用吊桥纪录1969韦拉扎诺桥1290-1937金门大桥1280-2007阳逻长江大桥1280-2011南京
8、大胜关长江大桥2336世界首座六线铁路大桥,为世界上设计荷载最大的高速铁路大桥2009天兴洲长江大桥504全国跨度第一的公路铁路两用桥2009朝天门长江大桥552-2001南京长江二桥628由南汊大桥、北汊大桥和南岸、八卦洲及北岸引桥组成,南汊大桥主跨跨径中国第一,世界第三 国内外著名大跨径钢桥绪 论 Introduction图6 明石海峡大桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图7 江阴大桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图8 西堠门大桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 I
9、ntroduction图9 韦拉札大桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图10 青马大桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction图11 南京长江二桥钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报绪 论 Introduction钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 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
10、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。绪 论 Introduction钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报因此,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
11、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。其中,徐军,陈忠延等人9在以纵肋的开闭口为参数,对钢桥面板进行静力试验,分析正交异性钢桥面板在弹性阶段内的应力特性,研究总结钢板的构造布置对铺装层应变的影响。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。绪 论 Introduction钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报姜从盛,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
12、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。病害及设计要点1.疲劳破坏2.防水粘结层破坏3.铺装层设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报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。病害及设计要点钢 桥
13、 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 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。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报在钢桥的使用过程中,疲劳破坏主要表现为鼓包和开裂破坏的形式。其中鼓包是沥青混凝土钢桥面铺装层在使用期间的最主要病害。大跨径钢箱梁桥对桥面排水
14、的要求很高,通常为了避免水分下渗要求铺装的空隙率要低。因此,沥青混合料常采用密级配,从而导致施工期间混入的水分挥发时无法从铺装层混合料中排除,故将铺装层顶起,造成铺装层的细微裂缝。鼓起部分的铺装层在行车荷载和雨水的反复作用下被压碎,最终导致铺装层在局部范围内塌陷8。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报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
15、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)。图12 横向裂缝病害及设计要点Li11钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报图13 纵向裂缝病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报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
16、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。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。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 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
17、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;(2)用作防水层,防止水分下渗锈蚀钢板;(3)用作应变吸收层。当桥面钢板在温度变化下或行车荷载作用下发生水平变形时,防水粘结层可以吸收铺装层和钢板之间的部分相对位移,从而减小铺装层内部应力;(4)用作分层铺装中上下铺装层的粘结层。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报钢桥面铺装层损坏的主要原因之一就是桥面沥青混凝土铺装防水粘结层的失效。通常粘结层失效是因为由行车荷载、温度等因素作用
18、,导致铺装层与钢板间存在较大的剪应力,引起较大的剪切变形。加之,若铺装层与钢板的结合面粘结力差或抗水平剪切能力较弱,则在水平方向会产生相对位移直至粘结失效或脱层。粘结层的失效会大大降低铺装层与钢板的复合作用,增加铺装层内部的应力,加速铺装面层的破坏(例如开裂、推移、脱层钢板锈蚀等,见图14、15),而且给修复带来了极大困难,增大了修复费用,妨碍交通正常运行。因此钢箱梁桥面沥青混凝土层防水和粘结问题的研究和利用是提高钢桥面铺装层使用寿命的关键因素之一。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报为了确保铺装层和钢板之间的粘结力,使得铺装层适应钢板复杂的应力应变状态,一方面须提
19、高铺装材料自身的强度与韧性,另一方面须加强铺装层与钢板以及铺装上下层间的粘结作用。因此,铺装层与钢板之间的良好结合是桥面铺装与钢桥面板协同工作的关键。而且,为达到技术要求,防水粘结层须满足不透水性、力学性能稳定、耐久性、与其他材料的协调性、用作应变吸收层、施工可操作性的要求。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报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
20、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)。病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报图14 铺装层破坏桥 面板裸露病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报图15 铺装层破坏钢 板锈蚀病害及设计要点钢 桥 面 板 铺 装 技 术 概 述课程论文汇报 2.3铺装层设计要点钢桥面板与其他桥面板相比,具有结构质轻、承载力强、施工便捷,经济适用性强等优势,尤其以正交异性钢桥面板更
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