鋼格橋面

鋼是以鐵元素為主要組分、含碳量一般在2%以下並含有少量其他元素的一類金屬材料的統稱。

以鋼為主要材料建造的橋面即為鋼格橋面。

基本介紹

• 中文名：鋼格橋面
• 外文名：Steel bridge deck
• 結構形式：斜拉橋和懸索橋等
• 技術要求：高溫穩定性
• 材料：鋼
• 學科：土木工程

鋼橋面結構形式

斜拉橋和懸索橋是現代大跨徑橋樑的主要結構形式，特別是在跨越大江、大河、海灣等不易修築橋墩的地方架設大跨徑特大橋樑時，往往都選擇這兩種橋型。

大跨徑鋼樑斜拉橋、懸索橋的設計方法在國外已有比較長的歷史。早期的橋樑其結構絕大部分採用析架式加勁梁和鋼筋混凝土橋面的結構形式。如美國的金門大橋。1955年瑞典建成了主跨達182.6m的Stromsand橋，奠定了現代斜拉橋的基石。1966年英國Severn橋的加勁梁首次採用了扁平流線型鋼箱梁，增強了橋樑抗風性能和抗扭剛度，同時直接利用鋼箱梁的頂面板作為橋面，並在其上鋪裝瀝青混合料作為橋面的鋪裝層。197。年丹麥Small Belt橋，第一次將箱內空氣乾燥裝置用於鋼箱梁，增強了橋面的抗腐性能。1973年土耳其的博斯普魯斯一橋、1981年英國翰博爾橋、1988年土耳其的博斯普魯斯二橋也採用了扁平流線型鋼箱梁，其橋面鋪裝同樣採用的是橋面系和瀝青混合料薄層的組合。日本從20世紀70年代後期開始發展大跨徑鋼橋，主要採用析架式加勁梁的結構形式，但是其橋面鋪裝依然採用主梁、橫樑、加勁肋等組成正交異性的結構體系。

橋面鋪裝層作為橋樑結構的附屬部分，與橋樑建設和交通運輸的發展是緊密結合在一起的。日前鋼橋面鋪裝不同國家根據自身地區具體情況，在鋪裝方面選用的結構類型材料上大體形成了“三類鋪裝結構、四種鋪裝材料”的格局。

閉口截面加勁肋具有較大的抗扭剛度和抗彎剛度，對於大跨徑橋樑的結構形式，這種截面類型相對優秀。因此，大部分的鋼橋面板均採用閉口加勁肋的截面形式。不過，由於開口截面類型的加勁肋有著施工便利的優勢，在鋼橋面板應力較小的部位可以開口截面加勁肋。

橋面鋪裝結構的整體剛度和荷載橫向分布，通過垂直於橋軸方向布置的橫向加勁肋（簡稱橫肋）來調節。對於箱梁，箱內的橫肋一般成沿箱壁的閉合截面，這種形式的橫肋一般稱為橫隔板。

常見鋼橋面鋪裝材料種類

隨著大跨徑鋼橋的建設，對鋼橋面鋪裝材料的探索研究許多國家投入了大量的人力和物力。總結這近兒十年來鋼橋面鋪裝建設的正反兩方面的技術經驗，目前最常用的鋼橋面鋪裝層材料主要有以下四類：

高溫拌合澆築式瀝青混凝土

相對於一般瀝青混凝土高溫拌合澆築式瀝青混凝土對板與鋼板間的粘結性能以及對鋼板的變形隨從性要優越的多。並且由於高溫拌合澆築式瀝青混凝土孔隙率接近零，因此其具備優良的防水、抗老化、抗裂性能，鋪裝也就沒必要防水層，鋪裝施工工序簡單。但是由於其高溫穩定性較差，在高溫天氣時橋面易形成車轍。這種橋面鋪裝瀝青混凝土以德國和日本代表用的較多。

澆注式瀝青混凝土亦可稱為注入式瀝青混凝土。其主要特點是在高溫狀態下對其進行拌合，由於其流動性較大，施工中正是利用與其這個特點在進行橋面混合料攤鋪時直接依靠攤鋪機、整平機等簡單的機械直接成型，不需要任何的碾壓密實機械。成型後的混合料就能達到規定允許的密實度和平整度。最早研究澆築式瀝青混凝土的國家為德國，最開始澆築式瀝青混凝土是用於建築物的防水設施。在此之後法國、英國等國也相繼開始使用這種鋪裝材料，由於命名習慣的不同，這些國家將其命名為瀝青馬蹄脂。

澆注式瀝青混凝土由於其施工工序簡單，免去了很多施工工序，而且澆注式瀝青混凝土具備良好的抗老化、抗疲勞、防水等性能，在鋼橋面板發生變形時其能保持和鋼板保持良好的變形隨從性。澆注式瀝青混凝土由於其材料的高流動性，其礦料間空隙被瀝青瑪蹄脂填充，空隙率幾乎為零。因此澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝具備良好的密水性，可以有效防止橋面雨水及各種腐蝕性物質滲入橋面鋪裝內部。在國外被廣泛套用於鋼橋面鋪裝。如法國的諾曼第大橋以及日本的明石海峽大橋等。

改性瀝青SMA

相對於普通瀝青混凝土路面而言改性瀝青SMA不僅具有較好的柔韌性、抗鬆散能力，而且其耐久性和防水性能都較好。因此這種橋面鋪裝具有抗裂能力強，抗永久變形和抗塑流性能強的特點，而且其表面結構粗糙、不易產生車轍，其抗滑性能也相對好得多。此外對改性瀝青SMA的施工周期短，施工要求低，費用也不高。改性瀝青SMA的主要缺點為進行橋面鋪裝施工時鋪裝層不能太薄，一般厚度要大於6cm，並且對於集料的要求高。改性瀝青SMA在德國和日本等國的橋樑建設中得到比較廣泛的運用。

SMA是由德國在20世紀60年代中期研究並開發的，一開始瀝青SMA只是運用於路面鋪裝以及普通橋面鋪裝。普通瀝青SMA是一種斷級配鋪裝材料，一般由粗集料、礦粉和瀝青組成。普通瀝青SMA混凝土具有以下特徵：

1. 良好的抗車轍性。在組成中普通瀝青SMA混凝土的材料中，由於其粗集料含量很大，細集料相對較少。在車輛荷載的作用下，混合料之間相互作用以粗集料之間的相互嵌擠作用為多，而瀝青僅僅填充了在粗集料之間的孔隙中。因此，在高溫條件下瀝青混合料的抗車轍變形能力非常好。
   
2. 良好的抗低溫開裂性。由於在粗集料表面被瀝青所裹覆，因此瀝青混凝土擁有較好的柔韌性和粘接性，在低溫條件下，鋪裝層具有良好的抗低溫開裂性。
   
3. 良好的行車效果。由於瀝青SMA的級配為斷級配，其粗集料含量較高，路面表層集料孔隙率較大，構造深度一般在0.8~1mm之間，這使得瀝青SMA表層粗糙度高，抗滑性能較好。並且在雨天行車時不會引起很大的表面濺水。
   

但是，一般公路上使用的SMA瀝青材料不一定能符合鋼橋面的技術要求。其主要原因是由於其材料特性路面SMA的表面孔隙較大，構造深度也較大。這樣在與鋼橋面板接觸的底面，也勢必形成較大的孔隙，而不一定能與鋼板緊密結合，粘結得是否良好就沒有充分的保證。為了能夠將SMA運用到鋼橋面鋪裝上，必須對普通的SMA作出改進。這樣改性瀝青也就隨之誕生了。其主要的做法有以下幾類：
1)適當減小SMA的最大粒徑，保證充足的礦粉數量或者增加纖維以提高混合料的柔韌性；
2)適當調整級配，使得級配向密集配方向發展以降低構造深度使得鋪裝與橋面緊密結合併且採用改性瀝青膠砂作聯結層；

環氧瀝青混凝土

與普通混凝土鋪裝相比環氧瀝青混凝土不僅具有高溫時抗永久變形和塑流能力強，而且其低溫抗裂性能也很好。其優點還包括：強度高，抗疲勞性極好，並且抵抗化學物質（燃料、油和溶劑）侵蝕的能力也非常強。雖然環氧混凝土有上述許多優點，但是由於其的配製工藝比較複雜，在施工過程中對濕度和時間要求十分嚴格，施工難度非常大，並且相關材料費用也非常昂貴。這種鋪裝材料申請了多項專利，目前在我國只有部分橋樑使用了此種材料。環氧瀝青混凝土主要在美國運用的較廣。

環氧瀝青是由環氧樹脂、基質瀝青與固化劑添加在一起並經複雜的化學改性之後所得的混合物產物。環氧瀝青混合料是由美國在San Mateo-Hayward大橋上首次使用的，與普通混凝土鋪裝相比環氧瀝青混凝土不僅具有高溫時抗永久變形和塑流能力強，而且其低溫抗裂性能也很好。此外其優點還包括：強度高，抗疲勞性極好，並且抵抗化學物質（燃料、油和溶劑）侵蝕的能力也非常強。因此環氧瀝青鋪裝迅速的在美國、荷蘭、澳大利亞和加拿大等國家得到套用。雖然環氧混凝土有上述許多優點，但是由於其的配製工藝比較複雜，在施工過程中對濕度和時間要求十分嚴格，施工難度非常大，並且相關材料費用也非常昂貴。這種鋪裝材料申請了多項專利，目前在我國只有部分橋樑使用了此種材料。環氧瀝青混凝土主要在美國運用的較廣。

熱拌瀝青混凝土或改性密級配瀝青混凝土

熱拌瀝青混凝土出現的時間相對於其他的鋪裝材料較早，由於其性能的局限性，這種材料慢慢不適應大跨徑鋼橋面鋪裝的技術要求，在近幾年很少將其運用於大跨徑鋼橋面鋪裝。

鋼橋橋面鋪裝層的技術要求

相對於其他普通公路路面鋪裝，在使用環境上鋼橋面比普通公路路面要苛刻的多。無論是從橋面板本身結構、橋樑對整個地區交通的影響還是從溫度、雨水等因素考慮橋面鋪裝建設，選擇其建設標準要根據上述條件對橋面鋪裝材料進行深入的研究和比選。鋼橋面鋪裝材料除了要滿足普通公路的性質（如良好的抗變形能力）外還應該具備應對鋼橋面板結構以及其他的使用環境而必須具備的鋪裝性能，具體要求如下：

①鋼橋面鋪裝應該具備較強的高溫穩定性

由於正交異性鋼橋面板自身的結構影響，在高溫季節瀝青鋪裝表面溫度要遠高於周邊大氣溫度。鋼橋面板與橋面鋪裝層之間的彈模存在明顯的差距，並且隨著溫度的升高瀝青混凝土的剛度與強度一般都會明顯下降，此時在車輛荷載特別是重載車輛的反覆作用下，瀝青混凝土橋面鋪裝很容易因此產生推移、波浪、粘輪、泛油等病害。

因此必須對瀝青混凝土的高溫穩定性提出嚴格要求，特別是在高溫季節鋼橋面瀝青鋪裝應該保證具有良好的穩定性，即較高的剛度和強度是瀝青混凝土在高溫季節必須具備的性能。

②鋼橋面板在低溫條件以及車輛荷載作用下是應該具備良好的抗裂性能

鋼橋面鋪裝極端低溫相對於普通公路鋪裝更低，因此鋼橋面鋪裝在面對低溫時應具備良好的耐低溫性能。隨著溫度的不斷降低，瀝青混凝土勁度將不斷增大，其抵抗變形能力也慢慢降低。由於鋼橋面鋪裝上行車荷載的連續作用，瀝青材料中部分應力由於來不及鬆弛，應力就慢慢累積在材料之中，一旦累積應力超過了材料抗裂強度時，橋面鋪裝就會開裂而導致鋼橋面鋪裝發生破壞。一旦橋面鋪裝產生開裂破壞，雨水以及腐蝕性物質將沿著裂縫深入鋪裝層深處，由此會導致多種病害的發生。因此瀝青混凝土必須滿足良好的耐低溫性。

當瀝青混凝土材料處於高溫時由於其高溫變形能力強，在高溫條件下瀝青混凝土橋面鋪裝不會產生裂縫破壞，但是面對低溫條件時瀝青混凝土抵抗低溫性能較差。一般鋪裝層上的裂縫多是在低溫條件下其抗低溫性能差而引起的。因此鋼橋面瀝青混凝土鋪裝應該在低溫時具有較低的勁度和較大的抗變形能力，並且要求在行車荷載和其它因素的反覆作用下，橋面鋪裝不會產生疲勞開裂。

③鋼橋鋪裝應該具備足夠的強度與剛度以及橋面鋪裝粘結層應該滿足規定要求以適應鋪裝變形要求

鋼橋由於一直處於微小變動狀態，良好的橋面鋪裝剛度以及強度是橋面鋪裝應該具備的性能。足夠的橋面鋪裝層厚度一般都能保證橋面鋪裝具備足夠的剛度和強度。但是一方面鋼橋面鋪裝應該保證有足夠的鋪裝層厚度以確保橋面鋪裝具備足夠的剛度；另一方面如果橋面鋪裝如果太厚了就會影響橋面鋪裝對鋼橋面板的變形追從性。因此在保證橋面鋪裝具備足夠剛度的同時不能使橋面鋪裝層過厚影響其與鋼橋面鋼板的變形追從性。

橋面鋪裝粘結層起著承上啟下的作用，將瀝青混凝上層與鋼橋面板連線起來，使瀝青混凝土與鋼橋面板整體受力。因此粘結層質量的好壞直接影響橋面系整體受力狀態。

不僅僅是橋面鋪裝與鋼橋面鋪裝應該具備良好的粘結能力，橋面鋪裝各層之間的粘結力也應該有充分的保證。由於對橋面鋪裝的使用性能的要求，橋面鋪裝層一般都會分為幾層（如防水層、粘結層），如何保證各層之間保證良好的整體受力性對保證橋面鋪裝能夠正常使用的重要保證。

④橋面鋪裝應該具備良好的疲勞性、抗老化性能

在鋼橋面行車反覆荷載的作用下，瀝青混凝土面層具備抵抗破壞的能力就是瀝青混凝土的耐疲勞性。在鋼橋面正常使用期間，瀝青混凝土由於經受車輪荷載的反覆作用，其內部應力應變不但大小一直處於反覆交替變化狀態，而且其受力方向也隨時發生變化，這種反覆的作用使得橋面結構強度逐漸下降。當橋面行車荷載作用重複超過一定次數後，由於應力得不到及時的釋放而累積起來直至超過了結構的抵抗能力後，瀝青混凝土面層就會出現裂紋，隨著裂紋的發展就會產生疲勞斷裂破壞。

橋面鋪裝瀝青混凝土的抗老化性即是指在受到氣候環境的影響下，瀝青混凝土逐漸喪失粘接性以及韌性等各種性能。其主要原因是瀝青是大分子有機物，在瀝青混凝土施工過程中反覆的對其加熱以及在使用過程中受到大自然環境中的陽光、紫外線、水等一系列自然因素的作用，都會使得瀝青發生變化，這樣就會改變瀝青性質使得瀝青混凝土發生老化，並導致瀝青混凝土橋面鋪裝層產生病害。

⑤橋面鋪裝應該具備良好的防水防滲性能

為抵抗水的侵蝕作用，瀝青混凝土逐漸產生的掉粒、瀝青膜剝落、坑槽、瀝青粒料鬆散等病害而導致鋪裝層遭受破壞的能力。水分的存在不但降低了瀝青本身的粘結力而且對也瀝青路面中瀝青與礦料間的粘聚力也有負面影響。總之水的存在會加速瀝青鋪裝層剝落的現象，使得瀝青面層發生破壞。

瀝青面層應該具備良好的防滲能力，如果瀝青面層防滲能力不足時，將不僅僅影響瀝青混合料本身的穩定性使得瀝青混合料產生病害而且還將對帶基層的穩定性產生不良影響，特別是在多雨雪的地域，良好的抗滲能力是瀝青混凝土面層應該具備的技術指標。

控制好瀝青面層的抗滲能力取決於控制好瀝青混凝土的孔隙率。瀝青孔隙率越小其抗滲能力越好，反之孔隙率越大，其抗滲能力就越差。

⑥橋面鋪裝應該具備良好的抗滑能力以保證行車的安全性

隨著現在科技的發展，車輛的行車速度也不斷的提高。除了在正常的試驗狀態下瀝青路面應該保持良好的抗滑性能，而且在行駛條件不利的情況下也能保證車輛在高速狀態下仍然可以安全的在橋面行駛，橋面鋪裝的抗滑性就必須滿足現代交通的需要。因此，瀝青橋面鋪裝層在承受各種外界不利條件下仍應該保持良好的抗滑性。

鋼橋橋面建造技術要求

作為主梁的一部分，頂板和焊接於頂板上的縱向及橫向加勁肋組成的鋼橋面和主粱共同承擔荷載作用。焊接與頂板上的有兩種肋板，分別為平行於橋軸方向的縱向加勁肋稱為縱肋和垂直於橋軸方向的橫向加勁肋稱為橫肋。橫肋和縱肋的結構形式也是不同的，對於大跨徑鋼橋為了提高其整體剛度和荷載橫向分布，必須加大一部分橫肋的斷面尺寸，這種截面尺寸和剛度較大橫肋稱為橫樑;在箱形截面鋼樑中，橫肋的形式常為橫隔板，橫隔板將長條形箱梁分割成為多個封閉的空間。

就公路鋼橋採用的鋼橋面板而言、在設定縱肋和橫肋時一般將縱肋布置的較密而橫肋分布的較疏，這樣使得橋面板縱橫方向的剛度不同，即在鋼橋面板縱橫方向上其受力特性不相同。這種結構形式最開始是由國外發明的，國外就根據其受力特性將其命名為正交異性板。

大跨徑鋼橋其鋼橋面板的頂板多採用平鋼板的形式，其他形式的頂板（如表面壓成凹凸相間的正交波紋鋼板）多用於小跨徑橋樑。大跨徑鋼橋面板的頂板通常兼作主梁的上翼板和鋼橋面板的上翼板其板厚由橋面板的應力和主梁的應力共同確定。頂板的厚度如果太小則會影響橋面鋼板的剛度，橋面鋼板的剛度如果太低則會造成橋面鋪裝過早破壞。一般設計時頂板厚度在12~14mm。考慮橋面通行重車時其厚度最好在14mm以上。