專利名稱：Frp-環(huán)氧礫石-瀝青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁工程的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)鋪裝下層、環(huán)氧礫石鋪裝中層和浙青混凝土鋪裝上層組成的異質(zhì)三層鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為 FRP-環(huán)氧礫石-浙青混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
鋼橋面鋪裝，從最初的水泥混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)今橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的浙青混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，帶來(lái)了鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能提升和工程建設(shè)發(fā)展1_2。由于浙青混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)從上世紀(jì)八十年代推出至今仍未解決的三大世界性技術(shù)難題(1.浙青混凝土與鋼橋面板材料性能懸殊導(dǎo)致的二者界面剪應(yīng)力較大；2.鋼橋面板的防水層及其與浙青混凝土鋪裝的粘接層容易破壞；3.鋪裝結(jié)構(gòu)耐久性差)制約了其進(jìn)一步發(fā)展，促使橋梁工程師和設(shè)計(jì)、研究人員尋求采用新材料和新結(jié)構(gòu)對(duì)浙青混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新，從而推出“結(jié)構(gòu)形式更合理”和“結(jié)構(gòu)功能更完美” 的鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)3_5。本發(fā)明應(yīng)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的“復(fù)合”思想，將傳統(tǒng)的浙青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)與新引入鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中的FRP鋪裝結(jié)構(gòu)和環(huán)氧礫石鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合，推出 FRP鋪裝下層、環(huán)氧礫石鋪裝中層、浙青混凝土鋪裝上層異質(zhì)三層結(jié)構(gòu)形式的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，不僅可使浙青混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的三大世界性技術(shù)難題有效解決，而且能使新鋪裝結(jié)構(gòu)具有“結(jié)構(gòu)形式更合理”和“結(jié)構(gòu)功能更完美”的質(zhì)的進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，是FRP-環(huán)氧礫石-浙青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和連接方式。本發(fā)明的技術(shù)方案如下在材料性能懸殊、界面連接較弱的鋼橋面板和浙青混凝土鋪裝層中間，加入既可實(shí)現(xiàn)二者材料剛度過(guò)渡、又可界面連接增強(qiáng)的FRP鋪裝層和環(huán)氧礫石鋪裝層，構(gòu)成FRP鋪裝下層、環(huán)氧礫石鋪裝中層、浙青混凝土鋪裝上層異質(zhì)三層結(jié)構(gòu)形式的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。FRP鋪裝下層的結(jié)構(gòu)形式，為玻璃纖維(GF)和碳纖維(CF)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂(ER)并粘接連接在鋼橋面板上的FRP實(shí)心板或空心板結(jié)構(gòu)；環(huán)氧礫石鋪裝中層的結(jié)構(gòu)形式，為ER拌和花崗巖、玄武巖礫石集料攤鋪壓實(shí)并粘接連接在FRP鋪裝下層上的實(shí)心板結(jié)構(gòu)；浙青混凝土鋪裝上層的結(jié)構(gòu)形式，為常規(guī)的浙青混合料攤鋪壓實(shí)在環(huán)氧礫石鋪裝中層上的實(shí)心板結(jié)構(gòu)。FRP鋪裝下層與鋼橋面板的界面連接方式，為FRP材料的基體樹(shù)脂ER 與鋼材具有分子間吸引力及FRP材料增強(qiáng)纖維GF、CF對(duì)界面層具有結(jié)構(gòu)增強(qiáng)作用的粘接連接，保證二者界面結(jié)構(gòu)一體且受力不易破壞。FRP鋪裝下層與環(huán)氧礫石鋪裝中層的界面連接方式，為二者材料基體樹(shù)脂相同的自粘連接及二者粗糙界面的糙面粘接連接，保證二者的界面連接強(qiáng)度不低于FRP鋪裝下層與鋼橋面板的界面連接強(qiáng)度，從而為浙青混凝土鋪裝上層提供堅(jiān)固耐久的鋪裝承力層和傳力層。環(huán)氧礫石鋪裝中層與浙青混凝土鋪裝上層的界面連接方式，為浙青混凝土鋪裝上層的浙青混合料嵌入環(huán)氧礫石鋪裝中層的礫石間空隙并握裹礫石構(gòu)成的咬合式界面連接，保證二者的界面連接通過(guò)其穩(wěn)固的礫石基層和增大的連接面積得以增強(qiáng)，從而大幅提高浙青混凝土鋪裝上層的界面剪切強(qiáng)度。(四)有益效果FRP-環(huán)氧礫石-浙青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果1.結(jié)構(gòu)形式更合理FRP-環(huán)氧礫石-浙青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)，是名符其實(shí)的異質(zhì)三層結(jié)構(gòu)，各層之間不再另設(shè)粘接層，鋼橋面板上也不需再另設(shè)防水層。FRP鋪裝下層，既是鋪裝結(jié)構(gòu)的下承力層和剛度過(guò)渡層，又是鋼橋面板的防水層和粘接層；環(huán)氧礫石鋪裝中層，既是鋪裝結(jié)構(gòu)的中承力層和剛度過(guò)渡層，又是浙青混凝土鋪裝上層的界面連接增強(qiáng)層和施工高溫緩沖層，從而使鋪裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式更簡(jiǎn)單和更合理，并使鋪裝結(jié)構(gòu)的各層都能用其材料性能之長(zhǎng)。2.結(jié)構(gòu)功能更完美FRP-環(huán)氧礫石-浙青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)，一可利用FRP鋪裝下層的輕質(zhì)材料優(yōu)點(diǎn)和特殊結(jié)構(gòu)形式，減輕鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)自重(例如60mm厚的浙青混凝土鋼橋面鋪裝，將其30mm厚的鋪裝下層更換為FRP空心板式鋪裝下層，可使鋪裝結(jié)構(gòu)減重約1/3) ；二可利用FRP鋪裝下層與鋼橋面板間高強(qiáng)、長(zhǎng)效的界面連接構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)，增大鋼橋面板的剛度(例如30mm厚的FRP空心板式鋪裝下層可增大12mm厚鋼橋面板的橫橋向抗彎剛度約50%，相當(dāng)于間接增大鋼橋面板厚度約3mm)，減小鋼橋面板的撓曲變形和振幅；三可借助FRP鋪裝下層的自身高強(qiáng)特性和對(duì)整體鋪裝結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)，在自身不先破壞的前提下使鋪裝截面的中性軸和浙青混凝土鋪裝層的界面上移，從而減小鋼橋面板和浙青混凝土層的應(yīng)力和變形(例如25mm浙青混凝土鋪裝上層+7mm環(huán)氧礫石鋪裝中層+25mmFRP空心板式鋪裝下層+12mm厚鋼橋面板鋪裝結(jié)構(gòu)，相對(duì)于57mm厚浙青混凝土鋪裝層+12mm厚鋼橋面板鋪裝結(jié)構(gòu)，鋼橋面板的最大正應(yīng)力減小約15%，浙青混凝土鋪裝層界面剪應(yīng)力減小約 30% )；四可借助FRP鋪裝下層材料抗斷裂、疲勞和耐酸、堿、鹽介質(zhì)腐蝕優(yōu)于鋼材和浙青混凝土、防水、粘接效果優(yōu)于現(xiàn)有鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)所有粘接、防水材料、能在-30 70°C范圍內(nèi)正常工作、老化壽命>40年的優(yōu)異性能，增大新鋪裝結(jié)構(gòu)的耐久性，保證FRP鋪裝下層的使用壽命不小于30年，環(huán)氧礫石鋪裝中層的使用壽命不小于15年，浙青混凝土鋪裝上層的使用壽命不小于10年，從而使鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)功能更完美，帶來(lái)鋼橋面鋪裝工程應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)步和更大發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]黃衛(wèi).大跨徑鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)[J]· 土木工程學(xué)報(bào)，2007，40 (9) :65-77.[2]中華人民共和國(guó)交通部.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].北京人民交通出版社，2004，10.[3]張勇，錢振東，羅桑.國(guó)產(chǎn)環(huán)氧浙青混合料在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用[J].上海公路，2008，(2) :23-26.[4]劉沐宇，曹玉貴，丁慶軍.新型鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)城市科學(xué)版，2008，25 ) :23-26.[5]楊忠，張錫祥，陳仕周.FRP-浙青混凝土鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新研究[C].橋梁與都市國(guó)際論壇·重慶2009論文集169-176.
權(quán)利要求
1.一種FRP-環(huán)氧礫石-浙青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)。其特征在于該鋪裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，為FRP鋪裝下層、環(huán)氧礫石鋪裝中層、浙青混凝土鋪裝上層異質(zhì)三層鋪裝結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，其特征在于FRP鋪裝下層與鋼橋面板的界面連接方式，為FRP材料的基體樹(shù)脂ER與鋼材具有分子間吸引力及FRP材料增強(qiáng)纖維GF、CF 對(duì)界面層具有結(jié)構(gòu)增強(qiáng)作用的粘接連接。
3.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，F(xiàn)RP鋪裝下層與環(huán)氧礫石鋪裝中層的界面連接方式，為二者材料的基體樹(shù)脂ER相同所具有的自粘連接及二者粗糙界面的糙面粘接連接。
4.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，其特征在于環(huán)氧礫石鋪裝中層與浙青混凝土鋪裝上層的界面連接方式，為浙青混凝土鋪裝上層的浙青混合料嵌入環(huán)氧礫石鋪裝中層的礫石間空隙并握裹礫石構(gòu)成的咬合式界面連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種FRP-環(huán)氧礫石-瀝青混凝土鋼橋面鋪裝新結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式為FRP鋪裝下層、環(huán)氧礫石鋪裝中層、瀝青混凝土鋪裝上層異質(zhì)三層鋪裝結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)的FRP鋪裝下層與鋼橋面板的界面連接方式，為材料具有分子間吸引力和層間結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的界面粘接連接；FRP鋪裝下層與環(huán)氧礫石鋪裝中層的界面連接方式，為糙面粘接加材料自粘的界面粘接連接；環(huán)氧礫石鋪裝中層與瀝青混凝土鋪裝上層的界面連接方式，為瀝青混凝土鋪裝上層的瀝青混合料嵌入環(huán)氧礫石鋪裝中層的礫石間空隙并握裹礫石的咬合式界面連接。FRP鋪裝下層，既是鋪裝結(jié)構(gòu)的下承力層和剛度過(guò)渡層，又是鋼橋面板的防水層和粘接層；環(huán)氧礫石鋪裝中層，既是鋪裝結(jié)構(gòu)的中承力層和剛度過(guò)渡層，還是瀝青混凝土鋪裝上層的界面連接增強(qiáng)層和施工高溫緩沖層。鋪裝結(jié)構(gòu)不再另設(shè)防水層和粘接層，鋪裝結(jié)構(gòu)具有“結(jié)構(gòu)形式更合理”和“結(jié)構(gòu)功能更完美”的質(zhì)的進(jìn)步。
文檔編號(hào)E01C7/32GK102268854SQ20111007152
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月19日
發(fā)明者張錫祥 申請(qǐng)人:張錫祥