CN101514537A

CN101514537A - 钢桥面铺装层的frp粘接、防水、应力缓冲一体化结构层

Info

Publication number: CN101514537A
Application number: CNA2009100041833A
Authority: CN
Inventors: 张锡祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2009-08-26

Abstract

一种构成新型钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层。其特征在于：该结构层位于钢桥面板与沥青混凝土铺装层间界面，将原钢桥面铺装层的粘接层、防水层合二为一，并增加了该层的刚度过渡和应力缓冲结构功能，同时在该结构层顶面嵌入了一层与沥青混凝土铺装层相同或相近级配的高密度、高硬度集料，从而保证了钢桥面铺装层各组成部分能更有效地连接成为共同工作、变形协调的结构整体，使其极限承载能力、抗变形和破坏能力增强；结构耐久性和结构使用寿命提高1倍左右，维修养护成本和交通安全事故减少50％左右。

Description

钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层

(一)技术领域

本发明创造属于桥梁工程的桥面铺装层结构技术领域。本发明创造通过在钢桥面铺装层的钢桥面板和沥青混凝土铺装层界面间构造一层FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，形成比现有钢桥面铺装层技术、经济性能更优的全新铺装层结构。

(二)背景技术

钢桥面铺装层，尤其是大跨径和特大跨径钢箱梁桥桥面铺装层，一直是国际性的工程技术难题。国内外大跨径钢桥面铺装层，在设计使用年限内发生破坏的情况屡见不鲜，造成桥梁结构安全性、耐久性降低和维修养护成本、交通安全事故升高的不良后果。究其原因，主要是现有钢桥面铺装层的粘接层和防水层为各自独立的非结构材料功能层，组成材料的强度和弹性模量较低，也不具备吸振消能的应力缓冲功能，桥梁工程师虽尽力优化设计提高其粘接、防水性能，都因组成材料和结构形式的先天缺陷而收效甚微，导致其在车辆荷载和温度变化的长期、反复作用下先失效破坏，使得沥青混凝土铺装层脱离钢桥面板非整体受力而破坏，并使钢桥面板丧失密闭保护而水泡锈蚀。因此，解决钢桥面铺装层工程技术难题的技术关键，是寻求钢桥面板与沥青混凝土铺装层间界面既具高强抗剪连接性能、又具长久防水、防腐功能、还具应力缓冲效果的三重功能齐备的新型材料和结构形式。

(三)发明内容

本发明创造的目的，是在钢桥面板和沥青混凝土铺装层间界面构造一层强度高、模量适中、弹性变形大、变形能恢复、吸振消能好、车辆冲击和钢桥面板振动可缓冲、并抗断裂、耐疲劳、自防腐、不透水的纤维增强复合材料(英文名称：Fiber Reinforced Polymer，英文缩写：FRP)粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，不仅可使现有钢桥面铺装层的技术难题迎刃而解，而且可使钢桥面铺装层借助FRP新材料、新结构技术实现承载能力、抗变形和破坏能力、结构耐久性大幅提高的质的飞跃。

本发明创造的技术方案，是在钢桥面板和沥青混凝土铺装层的界面通过现场湿法成型工艺或干法、湿法混合成型工艺成型一层碳纤维(英文缩写：CF)或玻璃纤维(英文缩写：GF)或芳纶纤维(英文缩写：AF)等高性能纤维增强环氧树脂或乙烯基酯树脂等高分子聚合物材料层合板或夹芯板，构成钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层。该结构层的厚度和纤维形式、纤维铺层取向以及层合板或夹芯板结构形式选择，根据钢桥面板的厚度、桥梁设计荷载及钢桥面铺装层各组成部分的承载能力、抗变形和破坏能力及其缓冲降低的应力指标要求设计计算确定。该结构层的夹芯板，采用FRP蜂窝夹芯板和波纹夹芯板等结构形式。该结构层的顶面，嵌入了一层与沥青混凝土铺装层相同或相近级配的高密度、高硬度集料，集料嵌入FRP层的深度为集料粒径的1/3～1/2，集料面内的相邻净距为集料粒径的1/4～1/3。

钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，可使钢桥面铺装层和桥梁结构产生如下有益效果：

1.钢桥面铺装层的界面粘接性能和结构整体性能增强

FRP结构层作为钢桥面铺装层的界面粘接层，可借助FRP材料与钢材、石材的分子间吸引力和纤维能分担界面粘接层大部分剪力及集料嵌入FRP层中构成的剪力键作用，可使FRP层与钢桥面板和沥青混凝土铺装层间界面的抗剪能力大大增强，并且FRP材料强度比钢和石材高、弹性模量比钢材低，故FRP粘接层既不会先于钢桥面板和沥青混凝土铺装层受力破坏，也不会对钢桥面板的结构变形和位移构成约束，从而保证三者连成共同工作、协调变形的结构整体，使钢桥面铺装层的极限承载能力和正常使用的抗变形能力成倍提高。

2.钢桥面铺装层的界面防水性能和结构耐久性能提高

FRP结构层作为钢桥面铺装层的界面防水层，基于FRP既是自防水、耐酸碱盐介质腐蚀的功能材料又是抗断裂、耐疲劳的结构材料的材料特性和基体材料固化前可渗进钢材、石材孔隙、固化后能粘牢界面并借助纤维强力抗裂的结构特性，实现钢桥面板受力状态下的长久性防水、防腐密闭保护，保证钢桥面板30年内不锈蚀，使钢桥面铺装层的结构耐久性在此基础上大幅提高。

3.钢桥面铺装层的刚度过渡和应力缓冲功能实现

FRP结构层作为钢桥面铺装层的应力缓冲结构层，一是利用FRP材料的弹性模量介于钢桥面板和沥青混凝土铺装层之间形成中间刚度结构层，使二者间的高刚度差借此平缓过渡，减小界面层上的应力差；二是利用FRP材料为粘弹性材料以及层合板、夹芯板结构所特有的优良吸振消能功能，吸收车辆冲击传给钢桥面板的能量和钢桥面振动传给沥青混凝土铺装层的振动效应，从而实现钢桥面板和沥青混凝土铺装层的应力缓冲，这是以往任何形式的钢桥面铺装层都从未有过的优良性能。

4.一体化结构层构造提升桥梁结构的技术、经济优势

FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层构造，不仅可使原钢桥面铺装层的粘接层、防水层合二为一，而且还增加了其应力缓冲结构功能，是钢桥面铺装层的质的变化和技术进步，这不仅可使钢桥面铺装层的结构构造和设计施工更加简单，而且可使钢桥面铺装层的结构耐久性和使用寿命提高1倍左右、维修养护成本和交通安全事故减少50％左右，从而使桥梁结构的技术、经济优势大幅提升。

5.工程应用拓宽和剩余价值利用

FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，不仅可使钢桥面铺装层在新建工程中产生上述有益效果，而且还可拓宽用在钢桥面铺装层的维修改造工程中增大这些有益效果。该结构层既可通过提高钢桥面板抗弯刚度的效果补充板设计厚度不足的差额，也可修复板的断裂裂纹和疲劳损伤，提高钢桥面板的结构耐久性和使用寿命，还可在不改变桥面铺装层总厚度的前提下减轻铺装自重，平衡桥梁超出原设计的新增荷载，从而使钢桥面板和原桥结构的剩余价值最大化利用。

Claims

1.一种用于钢桥面铺装层的钢桥面板和沥青混凝土铺装层界面间的纤维增强复合材料(英文缩写：FRP)粘接、防水、应力缓冲一体化结构层。其特征在于：该结构层是由碳纤维(英文缩写：CF)或玻璃纤维(英文缩写：GF)或芳纶纤维(英文缩写：AF)等高性能纤维增强环氧树脂或乙烯基酯树脂等高分子聚合物材料制成的FRP层合板或夹芯板，并通过该结构层将钢桥面板和沥青混凝土铺装层连成钢桥面铺装层整体结构。

2.如权利要求1所述的用于钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，其特征在于：该结构层位于钢桥面铺装层的钢桥面板和沥青混凝土铺装层间整体界面上，采用湿法成型工艺或干法、湿法混合成型工艺现场制作成型。

3.如权利要求1所述的用于钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，其特征在于：结构层的结构厚度、纤维形式和纤维的铺层取向，可根据钢桥面板的厚度、桥梁设计荷载及钢桥面铺装层各组成部分的承载能力，抗变形和破坏能力及其缓冲降低的应力指标要求计算确定。

4.如权利要求1所述的用于钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，其特征在于：FRP夹芯板结构采用FRP蜂窝夹芯板或FRP波纹夹芯板等结构形式。

5.如权利要求1所述的用于钢桥面铺装层的FRP粘接、防水、应力缓冲一体化结构层，其特征在于：结构层顶面嵌入了一层与沥青混凝土铺装层相同或相近级配的高密度、高硬度集料，集料嵌入FRP层的深度为集料粒径的1/3～1/2，集料面内的相邻净距为集料粒径的1/4～1/3。