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正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

宣布日期：

2024-09-13

摘要

为了对新型的正交异性钢桥面超薄铺装层的恒久使用性能举行验证，以中派河特大桥为依托，接纳MLS66加速加载试验装备举行了试验研究。加速加载试验研究了两种差别铺装结构在两种差别钢板厚度上的使用性能。试验发明，在150kN轴载作用下累计加载300万次后(其中50℃高温加载60万次，20℃常温加载210万次，0~10℃低温加载30万次)，结构深度均大于0.55mm，且转变ji其细小，批注该铺装的抗滑、抗磨耗、抗剥离效果ji佳；平整度险些不爆发转变，批注该铺装不爆发高温车辙病害；整个加载历程无裂痕爆发，从外貌状态来看无显着病害生长。

要害词：钢桥面铺装 | 加速加载试验 | 新型超薄铺装层

正交异性钢桥面板，由于具有构件质量轻、运输与架设利便、施工周期短、造价低、结构性能优良等优点，已建成或正在建设的大跨径桥梁大大都接纳正交异性钢桥面板，但由于柔度大、加劲肋位置应力集中、对情形温度敏感等特点，导致钢桥面铺装受力变形重大[1]。古板的钢桥面铺装有浇筑式沥青混淆料GA、环氧沥青混淆料EA两大类，可是在现实应用中仍然保存一定的高温车辙、低温开裂等问题。

为相识决钢桥面铺装常见病害的问题，安徽省某公司历时多年研究形成了新型的正交异性钢桥面超薄铺装层成套手艺[2]。该手艺在2014年shou次在徐明高速公路五河淮河特大桥获得大规模应用，铺装厚度仅12mm，已正常通车运营5年时间，整体性能优异。

中派河特大桥是G3京台高速公路方兴大道至马堰段改扩建工程的主要桥梁，桥面铺装接纳了新型的超薄层聚合物钢桥面铺装。对钢桥面铺装的恒久使用性能举行磨练，加速加载试验是现在公认的zui靠近实体工程的试验要领[3-7]。为了对新型超薄铺装层的恒久使用性能举行验证，以中派河特大桥为依托，接纳MLS66加速加载试验装备举行了试验研究。

新型超薄铺装层

古板的钢桥面铺装层质料，如GA、EA，实质上是改性的沥青混淆料，属于热塑性子料，能重复加热软化和冷却硬化。因此，古板的钢桥面铺装当遭遇钢桥面的ji端高温情形后，ji易爆发高温车辙病害。古板的钢桥面铺装层厚度，普遍为50~70mm。

由于钢桥面板提供了强有力的承载面，且其外貌平整度也可加工到一定的精度，因此钢桥面铺装仅属于功效层，功效上应能�；じ职灞苊庑馐床⑻峁┛够湍サ耐饷�，且其自身应包管一定的使用耐久性。

新型超薄铺装层质料为热固性子料，加热时不可软化和重复塑制，因此从基础上完全杜绝了高温车辙病害的爆发。

新型超薄铺装层的厚度仅为12mm，不但知足现实使用效果，其经济效益十分显著，一是铺装造价大幅降低，可节约50％的铺装用度；二是铺装自重减轻约80％，响应可镌汰的桥梁结结构价十分可观。

新型超薄铺装层凭证功效，自下而上可以分为3层：防水黏结层，具有防水、防腐、黏结等功效；中心层，要求随钢板变形的能力较量强，具有抗裂、缓冲、防水等功效；磨耗层，具有抗滑、磨耗、阻止中心层受外部情形影响等功效。防水黏结层、中心层、磨耗层的性能指标见表1。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

试验制订了2种铺装结构计划举行比照试验研究，铺装结构组合计划见图1。其中计划1为行车道及左侧路缘带的结构计划，计划2为应急车道的结构计划。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

加速加载试验计划

加速加载装备接纳的是辽宁省某公司购置的MLS66路面加速加载试验系统。

试验试件

思量到加速加载装备尺寸受限，加速加载试验的试件只能接纳正交异性钢桥面板的局部试件。参照现实中派河特大桥的图纸，接纳了长8m、宽1.8m、高0.6m的局部试件，横向包括3根U肋，纵向包括3道横梁。

为了包管加速加载试验效果的有用性，研究中接纳有限元模拟比照下场部试件与实桥节段的有限元模子的受力状态，见图2。效果批注：在各荷载工况作用下的zui倒运位置处，局部模子与实桥模子的应力十分靠近；在U肋对接焊缝处zui倒运荷载作用下，局部模子的U肋底部对接焊缝处拉应力稍大于实桥模子，故试验效果偏于清静。因此，可以为该局部试件能够等效模拟实桥的受力特点，局部试件的加速加载试验效果能够有用反应桥面铺装的性能衰减纪律。

试验试件的铺装层平面示意见图3。试验试件2018年10月8日运抵试验车间，2018年10月15日完成了基坑和试验模子底座施工，2018年10月18日完成了试验模子的吊装。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

加载计划

试验温度参考了实桥所在地的气温统计情形，近10年ji端zui高气温为41℃，ji端zui低气温为-9℃�Ｋ剂康礁窒淞合涮迥诓煌阜�，散热速率慢，夏日高温时，铺装底面及钢板温度比气温高15~20℃，且高温一连时间相对通俗路面更长。连系加速加载装备控温条件，试验模拟桥面的代表温度，高温为50℃，常温为20℃，低温为0~10℃。特殊说明，由于受加速加载装备控温条件制约，试验低温并未抵达现真相形的ji限低温。

加载轴载接纳150kN，加载轮与铺装面的接触位置为加载轮的轮隙中心瞄准试验试件中心U型加劲肋。累计加载300万次，分为3个阶段完成，详细加载计划见表2。第1阶段目的加载次数100万次，2018年10月26日最先试验，11月19日完成。第2阶段目的加载次数100万次，12月3日最先试验，12月26日完成。第3阶段目的加载次数100万次，2019年1月7日最先试验，1月26日完成。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

试验检测

试验通过检测其在崎岖温ji限条件下的加载历程中结构深度、外貌平整度及铺装表观状态的转变，评价铺装的抗滑性、耐磨性、抗车辙性等使用功效以及使用耐久性。

(1)对结构深度的丈量接纳手工铺砂法。为包管丈量位置牢靠，将试件对称匀称划分为28个区块，利便定点丈量结构深度，见图4。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

(2)对平整度的丈量接纳装备附带的自动断面平整度纪录仪，它是一种使用位移传感器纪录断面平整度形态的仪器。研究中每加载5万次检测1次4个断面的平整度，平整度丈量断面处于各铺装计划的轮迹带规模内的匀称加载段。

对铺装表观状态的转变历程接纳照相机举行纪录。当每个加载阶段竣事后，从轮迹带一端视察至另一端，判断是否有病害爆发，如是否有裂痕爆发以及为何种类型的裂痕。

加速加载试验效果剖析

结构深度

累计加载300万次后，结构深度均大于0.55mm，且转变ji其细小，见图5。批注该铺装的抗滑、抗磨耗、抗剥离效果ji佳。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

平整度

试验中的平整度，并非接纳3m直尺测定获得的数据，而是某断面上各点高程的zui大差值。测得的平整度与轴载作用次数的关系，见表3。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

由表2可以看出，随着加载次数的增添，新型超薄层铺装平整度险些不爆发转变，其数值仅取决于施工完成后、未加载前的初始平整度。试验发明，新型超薄铺装层由于接纳了热固性子料，加热时不可软化和重复塑制，因而完全不会爆发高温车辙病害。

值得注重的是，在视察平整度丈量断面上各点高程时，发明在50℃高温状态下铺装外貌高程整体增添约0.4mm，这源于正交异性钢桥面板试件的热胀效应。由于该热涨效应是匀称的，因此并不影响铺装外貌的平整度。

表观状态

整个加载历程无裂痕爆发，外貌平整度、完整性、石料黏附性均优异，较加载初无显着转变，从外貌状态来看无显着病害生长，见图6。

正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

结语

通过累计300万次的加速加载试验充分证实的此类新型超薄铺装层优异的使用性能，为其推广应用涤讪了理论基础及科学依据。

(1)外貌黏附性能较好，石料黏附性强，为桥面提供了较好的抗磨耗性能。

(2)温度敏感性不强，整个试验历程有高温、常温、低温3种试验状态，各个温度状态下都没有桥面铺装层的推移、脱层、开裂等征象。

(3)抗变形能力强，整个加载历程中接纳0.1mm的高精度桥面铺装检测装备对桥面的剪切变形举行检测均未发明显着的形变特征。

(4)未泛起显着的疲劳开裂、车辙、坑槽、推移、脱层等钢桥面典范病害。

加速加载试验并未发明钢桥面铺装爆发裂痕，这与加速加载装备温控系统难以模拟ji限低温有一定关系。因此这种新型超薄铺装层的抗开裂性能尚有待进一步研究验证。

参考文献：

[1] 黄卫.大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与要领[M].北京:中国修建工程出书社,2006.

[2]安徽省交通控股集团有限公司,安徽省交通妄想设计研究总院股份有限公司,安徽蒙达交通科技有限公司，超薄层钢桥面铺装手艺研究总报告[R]. 2015.

[3]容洪流.港珠澳大桥 MA 类浇注式沥青钢桥面铺装加速加载试验研究[D].华南理工大学,2018.

[4]钟科,陈飞,魏小皓,刘鎏.基于加速加载试验的钢桥面铺装性能研究[J].公路交通科技,2017,34(11):50-56.

[5]张肖宁,容洪流,黄文柯,陈�；�.大型 MA 类钢桥面铺装高温性能加速加载试验研究[J].华南理工大学学报:自然科学版,2014,42(12):21-26十34.

[6]张永升,田志叶，正交异性钢桥面铺装加速加载试验足尺数值模子研究[J].公路交通科技:应用手艺版2018,14(7):176-179.

[7]杨三强.钢桥面铺装加速加载实验研究[D].长安大学，2010.

[8]辽宁省交通科学研究院有限责任公司路面加速加载试验基地.中派河特大桥钢桥面铺装路面加速加载试验总报告[R]. 2019.

全文完宣布于《公路》2021年6月

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正交异性钢桥面超薄铺装层加速加载试验研究

足尺路面加速加载试验装备(APT)提供了一个可定量控制轴荷、加载碾压速率及加载次数，并可获得多项实验参数的路面试验加载手段，通过对差别路面结构、路面质料及路面状态在加速加载历程中其路面的转变历程、转变机理以及破损状态的测试，可以剖析路面在多次重复加载下的状态转变及破损历程，可以用来评价蹊径路面，验证新建蹊径的质量，并确定现有蹊径的剩余寿命，验证新路面的设计和刷新等。

PaveMLS系列的足尺路面加速加载试验装备接纳的是循环加载方法，主要特点是施加的轴载荷很是高、加载速率非�？�，并且可以模拟高温情形，加载效率更高。比照往复式加载方法每年可以完成更多的加载项目，可以快速的获得试验结论，并且节约大宗的时间和人力本钱。

▍PaveMLS69/ PaveMLS66足尺路面加速加载试验装备装置6组加载轮，满荷载加载长度6.9米和6.6米，PaveMLS33装置4组加载轮，满荷载加载长度3.3米。也可以拆下部分加载轮来研究蹊径在差别的荷载间隙时间下的力学响应

▍每个加载轮每小时可循环1000 次，PaveMLS69/PaveMLS66每小时可以对路面加载6000 次，PaveMLS33每小时可以对路面加载4000 次

▍加载轮对地荷载规模40kN~75kN (4T~7.5T)

▍PaveMLS69/PaveMLS66天天24小时可以模拟144000辆轴重15T的车辆对蹊径的碾压，PaveMLS33天天24小时可以模拟96000辆轴重15T的车辆对蹊径的碾压

▍加载轮对地速率可达6m/s，相当于22km/h

足尺路面加速加载试验

产品特点

▍接纳直线电机驱动加载轮举行加载，无需传念头构，事情稳固，维护事情少

▍足尺路面加速加载试验装备可自行移动，便于装备位置的调解和定位

▍加载历程中电脑软件实时显示每个加载轮的轴载、装备高度等信息并纪录在加载数据文件中，确保加载的一致性

▍足尺路面加速加载试验装备设置有横向移动系统，模拟现实蹊径上轮迹的漫衍情形，如正态漫衍，匀称漫衍等，横向移动距离左右各可达0.5米

▍装备设置有路面加热系统，可以在加载历程中实时控制路面温度，高可达60℃

▍加载轮使用的设计标准卡车的双轮毂车辆，也可以选择装置轮毂车轮作为加载轮，还可以选择装置飞机轮胎来举行静态荷载测试

▍加载轮对地荷载通过液压油压力爆发，纵然在不平的蹊径上荷载依然是稳固的，可以很是万便地通过调理液压系统内蓄能器压力来调理对地荷载，对地静态荷载可达110kN

▍加载轮胎压调理规模500kpa~1000kpa

▍装备设置有250kVA柴油发电机，可以自行发电或者使用市电举行供电

▍装备可以升高1米，利便进入装备磨练检查维护

▍可以对装备内部举行洒水来模拟雨天情形的加载试验

▍装备设置断面仪，可以在加载后丈量路面车辙

▍加载轮有限荷载可作用到路面以下1米，可以用来研究路基的力学响应和损坏情形

足尺路面加速加载试验

足尺路面加速加载试验

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