关键词：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、运输与架设方便、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多数采用正交异性钢桥面板，但由于柔度大、加劲肋位置应力集中、对环境温度敏感等特点，导致钢桥面铺装受力变形复杂[1]。传统的钢桥面铺装有浇筑式沥青混合料GA、环氧沥青混合料EA两大类，但是在实际应用中仍然存在一定的高温车辙、低温开裂等问题。
为了解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技术[2]。该技术在2014年shou次在徐明高速公路五河淮河特大桥得到大规模应用，铺装厚度仅12mm，已正常通车运营5年时间，整体性能良好。
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重要桥梁，桥面铺装采用了新型的超薄层聚合物钢桥面铺装。对钢桥面铺装的长期使用性能进行检验，加速加载试验是目前公认的zui接近实体工程的试验方法[3-7]。为了对新型超薄铺装层的长期使用性能进行验证，以中派河特大桥为依托，采用MLS66加速加载试验设备进行了试验研究。
新型超薄铺装层
传统的钢桥面铺装层材料，如GA、EA，本质上是改性的沥青混合料，属于热塑性材料，能反复加热软化和冷却硬化。因此，传统的钢桥面铺装当遭遇钢桥面的ji端高温环境后，ji易产生高温车辙病害。传统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，且其表面平整度也可加工到一定的精度，因此钢桥面铺装仅属于功能层，功能上应能保护钢板防止锈蚀并提供抗滑耐磨的表面，且其自身应保证一定的使用耐久性。
新型超薄铺装层材料为热固性材料，加热时不能软化和反复塑制，因此从根本上完全杜绝了高温车辙病害的发生。
新型超薄铺装层的厚度仅为12mm，不仅满足实际使用效果，其经济效益十分显著，一是铺装造价大幅降低，可节约50％的铺装费用；二是铺装自重减轻约80％，相应可减少的桥梁结构造价十分可观。
新型超薄铺装层按照功能，自下而上可以分为3层：防水黏结层，具有防水、防腐、黏结等功能；中间层，要求随钢板变形的能力比较强，具有抗裂、缓冲、防水等功能；磨耗层，具有抗滑、磨耗、避免中间层受外部环境影响等功能。防水黏结层、中间层、磨耗层的性能指标见表1。
试验拟定了2种铺装结构方案进行对比试验研究，铺装结构组合方案见图1。其中方案1为行车道及左侧路缘带的结构方案，方案2为应急车道的结构方案。
加速加载试验方案
加速加载设备采用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
考虑到加速加载设备尺寸受限，加速加载试验的试件只能采用正交异性钢桥面板的局部试件。参照实际中派河特大桥的图纸，采用了长8m、宽1.8m、高0.6m的局部试件，横向包含3根U肋，纵向包含3道横梁。
为了保证加速加载试验结果的有效性，研究中采用有限元模拟对比了局部试件与实桥节段的有限元模型的受力状态，见图2。结果表明：在各荷载工况作用下的zui不利位置处，局部模型与实桥模型的应力十分接近；在U肋对接焊缝处zui不利荷载作用下，局部模型的U肋底部对接焊缝处拉应力稍大于实桥模型，故试验结果偏于安全。因此，可认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结果能够有效反映桥面铺装的性能衰减规律。
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型底座施工，2018年10月18日完成了试验模型的吊装。
加载方案
试验温度参考了实桥所在地的气温统计情况，近10年ji端zui高气温为41℃，ji端zui低气温为-9℃。考虑到钢箱梁箱体内不通风，散热速度慢，夏季高温时，铺装底面及钢板温度比气温高15~20℃，且高温持续时间相对普通路面更长。结合加速加载设备控温条件，试验模拟桥面的代表温度，高温为50℃，常温为20℃，低温为0~10℃。特别说明，由于受加速加载设备控温条件制约，试验低温并未达到实际环境的ji限低温。
加载轴载采用150kN，加载轮与铺装面的接触位置为加载轮的轮隙中心对准试验试件中间U型加劲肋。累计加载300万次，分为3个阶段完成，详细加载方案见表2。第1阶段目标加载次数100万次，2018年10月26日开始试验，11月19日完成。第2阶段目标加载次数100万次，12月3日开始试验，12月26日完成。第3阶段目标加载次数100万次，2019年1月7日开始试验，1月26日完成。
试验检测
试验通过检测其在高低温ji限条件下的加载过程中构造深度、表面平整度及铺装表观状态的变化，评价铺装的抗滑性、耐磨性、抗车辙性等使用功能以及使用耐久性。
(1)对构造深度的测量采用手工铺砂法。为保证测量位置固定，将试件对称均匀划分为28个区块，方便定点测量构造深度，见图4。
(2)对平整度的测量采用设备附带的自动断面平整度记录仪，它是一种利用位移传感器记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，平整度测量断面处于各铺装方案的轮迹带范围内的均匀加载段。
对铺装表观状态的变化过程采用照相机进行记录。当每个加载阶段结束后，从轮迹带一端观察至另一端，判断是否有病害产生，如是否有裂缝产生以及为何种类型的裂缝。
加速加载试验结果分析
构造深度
累计加载300万次后，构造深度均大于0.55mm，且变化ji其微小，见图5。表明该铺装的抗滑、抗磨耗、抗剥离效果ji佳。
平整度
试验中的平整度，并非采用3m直尺测定得到的数据，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。
由表2可以看出，随着加载次数的增加，新型超薄层铺装平整度几乎不发生变化，其数值仅取决于施工完成后、未加载前的初始平整度。试验发现，新型超薄铺装层由于采用了热固性材料，加热时不能软化和反复塑制，因而完全不会产生高温车辙病害。
值得注意的是，在观测平整度测量断面上各点高程时，发现在50℃高温状态下铺装表面高程整体增加约0.4mm，这源于正交异性钢桥面板试件的热胀效应。由于该热涨效应是均匀的，因此并不影响铺装表面的平整度。
表观状态
整个加载过程无裂缝产生，表面平整度、完整性、石料黏附性均良好，较加载初无明显变化，从表面状态来看无明显病害发展，见图6。
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良好的使用性能，为其推广应用奠定了理论基础及科学依据。
(1)表面黏附性能较好，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，整个试验过程有高温、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、开裂等现象。
(3)抗变形能力强，整个加载过程中采用0.1mm的高精度桥面铺装检测设备对桥面的剪切变形进行检测均未发现明显的形变特征。
(4)未出现明显的疲劳开裂、车辙、坑槽、推移、脱层等钢桥面典型病害。
加速加载试验并未发现钢桥面铺装产生裂缝，这与加速加载设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还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方法[M].北京:中国建筑工程出版社,2006.
[2]安徽省交通控股集团有限公司,安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽蒙达交通科技有限公司，超薄层钢桥面铺装技术研究总报告[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,陈剑华.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型研究[J].公路交通科技:应用技术版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。发布于《公路》2021年6月。
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足尺路面加速加载试验设备(APT)提供了一个可定量控制轴荷、加载碾压速度及加载次数，并可获得多项实验参数的路面试验加载手段，通过对不同路面结构、路面材料及路面状态在加速加载过程中其路面的变化过程、变化机理以及破坏状态的测试，可以分析路面在多次重复加载下的状态变化及破坏过程，可以用来评价道路路面，验证新建道路的质量，并确定现有道路的剩余寿命，验证新路面的设计和改进等。
PaveMLS系列的足尺路面加速加载试验设备采用的是循环加载方式，主要特点是施加的轴载荷非常高、加载速度非常快，并且可以模拟高温环境，加载效率更高。对比往复式加载方式每年可以完成更多的加载项目，可以快速的得到试验结论，并且节约大量的时间和人力成本 。
▍PaveMLS69/ PaveMLS66足尺路面加速加载试验设备安装6组加载轮，满荷载加载长度6.9米和6.6米，PaveMLS33安装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道路在不同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
▍加载轮对地荷载范围40kN~75kN (4T~7.5T)
▍PaveMLS69/PaveMLS66每天24小时可以模拟144000辆轴重15T的车辆对道路的碾压，PaveMLS33每天24小时可以模拟96000辆轴重15T的车辆对道路的碾压
▍加载轮对地速度可达6m/s，相当于22km/h
产品特点
▍采用直线电机驱动加载轮进行加载，无需传动机构，工作稳定，维护工作少
▍足尺路面加速加载试验设备可自行移动 ，便于设备位置的调整和定位
▍加载过程中电脑软件实时显示每个加载轮的轴载、设备高度等信息并记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设备配置有横向移动系统，模拟实际道路上轮迹的分布情况，如正态分布，均匀分布等，横向移动距离左右各可达0.5米
▍设备配置有路面加热系统，可以在加载过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，也可以选择安装轮毂车轮作为加载轮，还可以选择安装飞机轮胎来进行静态荷载测试
▍加载轮对地荷载通过液压油压力产生，即使在不平的道路上荷载依然是稳定的，可以非常万便地通过调节液压系统内蓄能器压力来调节对地荷载，对地静态荷载可达110kN
▍加载轮胎压调节范围500kpa~1000kpa
▍设备配置有250kVA柴油发电机，可以自行发电或者使用市电进行供电
▍设备可以升高1米，方便进入设备检修检查维护
▍可以对设备内部进行洒水来模拟雨天环境的加载试验
▍设备配置断面仪，可以在加载后测量路面车辙
▍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况
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