桥面铺装结构方案调整方法

时间：2024-04-24

刘亘（汉中市交通基本建设工程质量监督站陕西汉中 723000）

王剑楠（苏交科集团（甘肃）交通规划设计有限公司甘肃兰州 730010）

0 引言

桥面铺装结构承受车辆荷载等活载的直接作用，其受力情况较为复杂。其还对桥梁的主要承重构件主梁起到了扩散荷载和保护的作用，因此桥面铺装结构的力学性能和耐久性在设计阶段均需要进行仔细的考量。相比于道路结构铺装层，桥面铺装层在不同的桥梁跨径位置受力状态较大，这就进一步加大了桥面铺装设计的难度。程毅[1]对桥面铺装结构和主梁之间的抗剪强度对桥梁整体承载力的影响进行了研究，结果表明桥面铺装与主梁的之间的剪切强度和有无水平力作用对主梁承载力有着重要的影响。雷进[2]则对桥面铺装排水联结层的设计进行了研究。郜小兴[3]通过桥梁细部设计对结构耐久性的影响分析，提出了较为实用的有助于提高桥面铺装耐久性的设计原则。首先对桥面铺装结构的力学特性进行分析，并在此基础之上提出桥面铺装混合料的设计调整方法。

1 桥面铺装结构方案调整特点

在初拟桥面铺装结构的方案后，还应根据规范要求结合有限元软件对其力学性能指标进行验算。当初拟的方案计算结果不能满足规范要求时则需要对其结构方案进行调整，并重新对调整后的方案进行验算，反复这一过程直至计算结果满足设计或相关规范中的规定。由于桥面铺装设计内容较多，对应的指标各不相同，且实际施工质量容易受到现场施工情况的影响，波动较大。导致桥面铺装层的调整方向不明确，为设计工作带来了诸多不确定性。因此为使得铺装结构调整方向有据可依，需要针对性的对铺装结构力学性能进行调整，提出明确简单可靠的调整方案。

2 铺装结构力学强度不满足的调整

引起铺装结构力学强度不足的原因比较复杂。对于铺装结构强度不足的情况，主要从铺装材料和铺装结构组合上进行调整。

2.1 优化铺装混合料级配

桥面铺装主要由集料和沥青胶结形成的复合材料组成，这种复合材料中的各个组分都对混合料的力学性能具有重要影响。既有研究指出，沥青混合料桥面铺装的抗剪强度和抗拉强度主要贡献来自于粗集料和细集料的级配组成，因此，在桥面铺装混合料的设计阶段可以通过调整级配参数来使得混合料形成嵌挤密实结构从而进一步的提高桥面铺装的力学性能，使之可以满足规范何设计要求。通常来说，当桥面铺装最大拉应力或剪应力验算不能满足规范要求时，可以尝试改变不同集料的级配类型，改变石子的材料参数等措施，对混合料的组成进行综合优化，以提高其力学性能。

2.2 优化铺装结构组合

桥面铺装层作为局部轮压荷载直接作用的结构，其受力模式与桥结构的主要承重构件存在明显的区别。由于桥梁结构通常为超静定结构，因此，桥面铺装在车轮荷载下可能存在局部变形以及活载作用下出现拉压应力幅的现象。因此，这就要求桥面铺装结构中各个部分都具有良好的变形协调能力和抵抗疲劳荷载反复作用的性能，这也是其与道路结构铺装层中下面层抗拉，中面层抗剪以及上面层抗疲劳的区别之处。如果设计初步方案中的桥面结构铺装层验算结果不能满足相关规范的及设计的规定，则可以根据桥面铺装结构中各层的力学结构的特点，分别进行调整，以达到提高桥面铺装层综合力学性能的目的。

2.3 增加铺装层厚度

桥面铺装层厚度也与铺装层的受力状态密切相关，桥面铺装层厚度越大，其截面刚度就越大，应力就越小，抵抗外荷载的能力就越强。但同时在另一方面，桥面铺装层厚度越大，材料用量增加，经济性就越差。因此在对桥面铺装层进行设计时，应针对其力学性能和经济性进行综合的考量，在满足使用性能以及造价合适的前提下，适当增加桥面铺装层的厚度有助于抑制桥面铺装病害的产生，提高桥面铺装的耐久性。