朱敏清

(河北省高速公路京秦管理处，河北秦皇岛 066000)

0 引言

桥梁工程中每一个组成部分都有其特殊的作用，为了实现桥梁结构的预期功能除了需要桥梁主体外，其附属结构也是必要的，比如桥梁的铺装层。作为桥梁的一部分，铺装层要受到桥梁上部结构的约束，其主要作用是为行车提供平坦舒适的路面，同时还肩负保护桥梁主体的职责。桥面铺装层承受的主要荷载来自于车轮，除此之外还直接与大气相接，并与主梁一起承受外荷载作用。目前的桥梁铺装主要包括两种:一种是用来铺装公路桥梁柔性路面的沥青混凝土;另一种则是刚性铺装或者是组合式铺装，这种铺装类型主要应用在高等级公路桥梁中。在进行桥梁结构的设计计算时，对于桥面铺装层的处理主要是将其看作二期恒载施加于主梁，不参与结构的受力。对主要破坏类型为在荷载作用下铺装层与主梁结构粘结失效的柔性路面而言，这种假设是合理的。

刚性铺装和组合式铺装层主要应用在高等级公路的桥梁中，为了保证铺装层与主梁的粘结作用，在桥面上进行铺装施工时通常会采取以下4种措施:

1)钢筋混凝土桥面铺装，首先在混凝土梁板顶面安装架立钢筋，然后通过焊接将钢筋网与架立钢筋连接成为一个整体;

2)双层钢筋网一次铺装，底层钢筋网需要与梁板通过焊接进行锚固，同时上、下层钢筋网也要进行焊接;

3)纵、横向钢筋不能因铺装宽度不足或停工而切断，在整个桥面铺装层中钢筋网必须是连续的;

4)装配式空心板桥，预制空心板桥的时候要将桥面做成凹凸的粗糙顶面，提高铺装层与空心板的粘结性能，这样的好处是铺装层可以与预制空心板共同承受荷载作用。

通过在桥面施工过程中采用新工艺，并将新材料应用到铺装层，铺装层与行车道板间的结合效果非常好，可以作为一个整体来承受荷载作用，因此，现在以及将来的桥梁结构计算分析应将铺装层与桥面板看作整体共同受力，完成铺装的混凝土桥面铺装层以一种叠合层的方式与空心板组成组合结构。这种组合结构具有“二阶段受力”的特征，与传统的一次受力结构有较大的不同，这种叠合效应应该考虑到桥梁结构的计算分析中。

针对空心板桥的情况，这种桥面铺装叠合效应主要表现在两个方面:

1)通过紧密结合，铺装层与桥梁结构形成叠合结构;2)荷载横向分布受到铺装层的影响。本文通过实际管养维护实践的理论分析，系统地研究和分析了铺装层叠合效应对空心板桥受力性能的影响。

1 铺装层对空心板受力性能的影响

1.1 开裂荷载、极限承载能力和刚度

预应力空心板的受力性能受桥面铺装层影响最直接的是开裂荷载以及极限承载力的提高。实验研究显示，采用10 cm厚铺装层的应力混凝土空心板的开裂荷载与采用钢纤维混凝土铺装层的空心板的开裂荷载相同，采用这种铺装层的预应力空心板与无铺装层的预应力混凝土空心板相比，前者的开裂荷载将会提高25.5%。在结构达到破坏状态时，有铺装层的预应力混凝土空心板与采用钢纤维混凝土铺装层的空心板相比，前者的极限承载能力会略高于后者的极限承载能力。研究分析表明，出现这种情况的主要原因是钢纤维混凝土铺装层的抗压强度比混凝土的抗压强度低，这也表明受压区混凝土的压碎破坏是空心板破坏的主要原因，混凝土的抗压强度是空心板抗弯承载能力的决定性因素。由于桥面铺装层与主梁共同受力，在另一方面来讲主梁面积增大，同时截面刚度获得明显提高。实验显示，预应力混凝土空心板采用铺装层时，与普通空心板相比，前者的抗弯刚度是后者的1.78 倍。

1.2 对主梁裂缝和破坏形态的影响

一般而言，对于有铺装层空心板，破坏发生时很少会出现铺装层与空心板之间粘结失效的情况。这一现象表明，混凝土铺装层与钢纤维混凝土与空心板之间具有可靠的粘结作用，两者可以共同承受荷载作用。对于不设铺装层的空心板来说，在极限荷载作用下会出现比较细密的裂缝，挠度变形和裂缝宽度都很小，桥梁结构出现的破坏为突然破坏，与结构超筋破坏的特征相似。设置铺装层的空心板，与不设铺装层的空心板相比，在结构发生破坏时无论是裂缝的宽度还是结构的挠曲变形都是比较大的，由此可见前者的延性特征将会优于后者。采用不同铺装层材料的结构，在达到极限状态时，其破坏形态的本质并没有区别，不同之处主要体现在混凝土出现受压破坏时其破坏形态不同，采用钢纤维混凝土铺装层的结构受压破坏时不会出现大片混凝土的剥离现象，虽然会出现破碎现象但是不会散掉。主要是因为钢纤维的阻裂作用阻止了混凝土压隙裂缝的发展。

2 铺装层的参数对结构荷载横向分布的影响

在对有铺装层的空心板进行计算时考虑叠合效应，荷载横向分布计算的力法方程与铰接板法的力法方程相似，但是这样会引进过多的未知量，出现的直接后果就是计算量过大，同时，由于现在还没有编制好的表格供计算时查询，应用到实际工程中将会十分的不利。

1)实验结果表明，是否采用铺装层将会导致结构破坏的不同，不采用铺装层的空心板和采用铺装层的空心板在破坏时都表现出截面受压区混凝土被压碎的适筋破坏的特征，不同之处在于前者的破坏区为空心板的受压区，后者为铺装层混凝土。有铺装层预应力空心板的延性要优于无铺装层空心板。

2)考虑有铺装层空心板的叠合效应，截面高度增加，计算截面弯矩时力臂增大，抗弯承载能力得到提高，同时截面的抗弯惯性矩也会增大，提高开裂荷载。当采用10 cm的混凝土铺装层的时候预应力混凝土空心板的极限荷载和开裂荷载将会同时得到提高，提高的幅度分别为21.5%和43.6%。

3)将铺装层与空心板看作一个整体共同承受荷载作用时，预应力混凝土空心板为二次受力组合结构，与同样截面的一次受力预应力混凝土空心板相比受力性能有差别，但是差别不是很明显。实验表明，考虑叠合效应按照现行规范中叠合梁的规定进行空心板正截面承载能力计算、截面抗裂以及变形验算，计算结果偏安全，而且与实验结果比较接近。

4)利用有限元软件对预应力混凝土空心板桥进行整桥分析时，计算结果显示考虑铺装层叠合效应的计算结果最接近静载实验的结果，这也说明整桥受力分析应该考虑铺装层的叠合效应。

5)理论计算时若忽略桥面铺装层叠合效应，校验系数将明显减小，评定承载能力时将会出现较大误差，所以静载试验时应该考虑铺装层的叠合效应。

6)铺装层的叠合效应受其参数的影响较大，这些参数有材料、铺装层厚度等。材料一定时，铺装层厚度对板底应力、板底挠度均有影响;厚度一定时，铺装材料为钢筋混凝土或钢纤维混凝土时结构的受力性能更好。

7)在一定程度上铺装层能够承担部分横向分布的荷载，但是当其厚度以及弹性模量达到一定程度时，荷载横向分布系数受铺装层的影响将会减小。所以考虑叠合效应的空心板荷载横向分布系数的计算采用铰接板法进行是可行的，但是在计算刚度时应选用组合截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩。计算表明，这种简化偏于安全，误差不是很大。

3 结语

高等级公路中桥梁的混凝土铺装层与主梁一起承受外界荷载的作用，路面铺装对主梁的受力行为有相当程度的影响。铺装层能显著地提高空心板的开裂荷载以及极限承载力;铺装层也会对主梁裂缝和破坏形态产生明显的影响。更为重要的是，铺装层影响了装配式主梁的横向分布规律，从而对桥梁整体产生了影响。桥梁日常管养和维修决策，应该加强对桥面铺装层进行检测和监测。

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