双钢混凝土桥面设计意义分析及施工要点问题

在桥梁工程中，桥面的受力状态是比较复杂的，通过理论定量分析；即承受着抵抗拉力、压力、剪力、扭转应力及疲劳应力的综合作用，传统的设计理念只是考虑到桥面与梁（板）顶面结合在一起；起到与梁（板）一起承受压力和防水作用，考虑到桥面铺装层不会产生内力，故铺筑厚度一般在8~10㎝之间，况且桥面混凝土的强度等级一般为40Mpa,随着大跨径桥梁结构的不断升级；以及汽车轴载的不断加大，桥面的结构弱点已经显现出来。通常表现为桥面混凝土龟裂、纵向开裂、桥面与梁或板顶脱离等，钢筋混凝土桥面结构的特殊性在于：桥面的铺装层较薄；直接承受动荷载；配置较多的钢筋；施工技术控制要求较高。因此；以往的高等级公路上的桥面工程在竣工通车后的3~5年就要进行大修，造成经济浪费及影响社会效益，相对于设计与施工而言，有设计理论深度不够和施工质量不严谨的问题，也是值得重视和亟待改进的问题。因此；故提出采用双钢（钢筋+钢纤维）混凝土桥面设计与施工具有现实的使用意义和质量意义，也是基于车辆荷载的加大发展和具有永久性意义考虑的。

　　1、桥面的受力状态分析
　　桥面出现的破坏现象很多，与传统的设计理念及目前的加大制造的轴载、特重交通量、超载行车等现象有密切关系，传统的桥面设计理论认为桥面铺装层不受力；只是提供了保证车辆行驶功能的抗滑层，对车轮荷载起到45o的扩散作用，通过工程实践认为该理论有很大不切合实际的盲目性，在设计方面就为桥面的早期破坏埋下隐患的伏笔。因此；为减少桥面的早期破坏及延长期使用寿命，必须对高速行驶的汽车轮载作用在桥面上的力学影响进行理论的定量分析，从此基础上再合理的进行配筋设计，对桥面的厚度及混凝土强度提出满足行车荷载的抵抗要求，鉴于行车荷载作用下，桥面与桥板（板）应该是一起抵抗外力共同工作的，无非是梁或板下缘抵抗拉力，桥面的顶面抵抗压力，故产生的全应力分析如下：
　　1.1、正应力：桥面铺装层承受的正应力包括拉、压两种状态，一般情况下各种桥形桥面上的正应力应该在主梁（板）的应力计算和配筋中解决好，桥面铺装要求补强的正应力应该在主梁以外的薄弱部位，如箱形梁或T型梁的翼缘板之间的纵向及横向湿接浇筑、负弯矩、支座等部分位置。
　　1.2、层间剪应力：桥面铺装层与主梁翼板间存在的内力，必须通过层间抗剪锚固钢筋进行解决，特别是桥面混凝土与梁体之间设置抵抗剪力层是非常重要的措施，在预制主梁或桥板时应设置不少于4根/㎡的抗剪锚固钢筋，采取闭合形式，即支撑钢筋网又抵抗剪应力。
　　1.3、扭转应力：由于桥面上的荷载属于车轮点荷载，会在翼缘接头部位产生扭转应力，目前钢筋混凝土设计规范所要求的是；对扭转应力的控制采取K>1.0的保险系数，增大配筋控制扭转应力效应，但是更要考虑桥面的横向钢筋直径和密度应该大于纵向才为更保守与合理，这对于有翼缘板及横隔梁的箱形梁和T型梁结构更有重要的技术意义。
　　1.4、疲劳应力：桥面承受行车荷载时；桥面与桥梁（板）会引起上下挠度的交替变形而产生疲劳应力。在温差和干缩变化作用下，产生温度疲劳和湿度疲劳应力。又鉴于高速重载的车辆以及桥面平整度的影响又会产生冲击、振动、疲劳和磨损，故产生各种疲劳应力。
　　桥面的设计厚度与疲劳强度有密切相关的因果关系，可通过简化的疲劳应力技术方法验算得到合理的桥面铺装厚度，根据材料力学原理。混凝土的疲劳强度ｆｐ与静载强度ｆｃ的关系为：ｆｐ＝ｆｃ，如果考虑桥面磨损时：ｆｐ＝1/2ｆｃ，因此；在考虑了这些不利因素之后，合理的桥面的铺装厚度应该在9～15㎝之间，9㎝指的是施工误差的极限厚度。一般设计梁板负弯矩处的张拉齿板为6㎝，故设计桥面厚度15㎝是合理的。
　　桥面与主梁或板是在荷载的作用下共同受力变形产生挠度的，因桥面处于最上缘的受压区，又因车辆荷载产生横向分布系数的效应原理，同时又产生横向拉应力，尤其在出现单板受力的情况下，桥面承受剪应力现象更为明显，当混凝土强度低于梁板强度时极易压碎破坏。
2、采用双钢混凝土桥面设计与施工是提高桥面质量的根本保证
　　提倡桥面混凝土强度与梁板强度一致，依据在于；现在桥面厚度的设计一般都为12㎝，也可能是设计人员缺乏工程实践，参考了一般的常规设计和习惯，如果从图纸数字推敲可认为合理，但是毕竟施工误差及水平原因，有时候难以达到设计要求，如预应力桥梁或桥板，尤其是先张法16m空心板，设计时采用先简支后连续的原理，往往负弯矩的齿板部位难以保证桥面混凝土的厚度，因此；相对于现行桥面厚度设计12cm的问题，采用双钢桥面混凝土结构设计，从理论上相对减少桥面的厚度是完全必要的，相当于15㎝的厚度单钢筋混凝土结构层。
　　2.1、钢纤维混凝土设计
　　桥面的厚度、平面尺寸和钢纤维掺量应符合< <公路水泥混凝土路面设计规范> >（JTJ D40-----2002）及设计图纸之规定，设计厚度的折减系数应根据施工时在保证工艺和质量的前提下；能够达到加入的钢纤维体积率所确定，一般采用三滚轴摊铺时最大体积率为1.2%，对于一般铣削钢纤维0.4%～ 0.6%；其他钢纤维0.5% ～0.8%，各级公路桥面和路面的钢纤维体积率、厚度折减系数及厚度建议如表1：
　　表1

公路等级	钢纤维体积率（%）	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2
高速公路 　　一级公路	路面厚度折减系数	0.8	0.75	0.70	0.65	0.60
路面推荐厚度（cm）	20	19	17.5	16	15
加铺层推荐厚度（cm）	16	15	14	13	12
桥面推荐厚度（cm）	12	11	10	9.0	8.0
其他等级公路	路面推荐厚度（cm）	18	17	16	15	14
加铺层推荐厚度（cm）	14	13	12	11	10
桥面推荐厚度（cm）	11	10	9.0	8.0	7.0

　　2.2、双钢混凝土桥面的施工流程及要点：
　　测量放养——梁顶凿毛（或在预制时顶面已进行刷毛）——绑扎桥面钢筋网 预留伸缩缝位置及标记—— 安装模板——浇筑钢纤维混凝土——混凝土初凝之后及终凝之前进行刷毛——养生（养生标准一般按3500个温度*小时，即;平均温度20Co；养生7d）。
　　2.2.1、测量放样时必须保证桥面的设计厚度，对于高程不是重要指标，一般预应力梁或板的张拉起拱现象会导致每孔跨中梁的顶面达不到设计厚度，而支点部位会超出设计厚度，该现象解决的方法是在下部工程盖梁的垫石施工时；就应采用设计高程允许的负误差，而在梁或板安装后，每孔梁板的跨中顶面利用桥面设计厚度的负误差，利用桥面高程和厚度的关系求同存异的进行调整，保证桥面厚度是关键指标。
　　2.2.2、钢筋网的绑扎应将一定数量的横向或纵向的桥面钢筋，按相应的位置穿插在预埋抗剪钢筋的里面，目的让桥面钢筋于梁体连接并共同受力，增加了受压区面积并提高梁体的抵抗惯性矩。钢筋网用可活动的螺旋顶丝工具将钢筋网调平，使桥面混凝土保护层尽量均匀。
　　2.2.3、钢纤维混凝土拌合要与所选定的摊铺方式相适应，对于预应力桥梁或设计有张拉负弯矩的桥面，在桥面混凝土配合比组成设计时应采用较细的骨料，一般不宜大于26.5㎜，并采用连续级配为好，钢纤维混凝土不宜掺用粉煤灰，应掺入高效减水剂。
　　2.2.4、 桥面混凝土成型时；使用附着振捣器振捣密实和三滚轴进行提浆整平，整平后的混凝土表面不准有裸露上翘的钢纤维，表面下10 ～30㎜深度内的钢纤维应基本处于平面分布状态，对缺料的部位严禁用混凝土浆找平。严禁有纤维结团或无纤维现象，严禁使用插入式方法进行振捣，目的在于保障良好的纤维混凝土的密度、纤维形态和平整度。
　　双钢混凝土最大的特点是：比普通钢筋混凝土的抗冲击、疲劳和振动的能力高很多倍，具有裂而不离；离而不开的物理特性，抵抗轴载的能力很高。但是钢纤维与钢筋的共同作用才发挥出双钢桥面独具的使用功能，绝不可单纯的使用钢纤维混凝土做桥面，否则抗剪能力不足，桥面与梁板容易分层导致破坏，必须与钢筋共同使用形成双钢桥面混凝土，具有相对减小桥面厚度和提高承载能力功能的理想桥面。

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