某上跨桥钢箱梁顶板局部凹陷成因分析及初步处治方案

引言

随着某上跨桥桥面铺装维修改造工程施工的不断推进，在桥面铺装层铣刨、凿除以及清理过程中，一些存在于钢箱梁顶板问题也逐渐暴露出来，主要表现为钢箱梁顶板存在一定程度的凹陷。[1]具体表现为：纵向上位于2×45m中跨，横向上位于内侧腹板的内、外侧85cm范围内且内侧较外侧凹陷明显，如图1、图2所示。

  

图1　钢箱梁顶板凹陷横断面位置示意

  

图2　钢箱梁顶板凹陷纵断面位置示意

1　钢桥面顶板凹陷病害描述

在钢箱梁顶板凿除、清理施工结束后，对上述钢箱梁顶板凹陷位置的凹陷深度进行了详细测量。

本次针对钢箱梁顶板凹陷的测量方法如下：以腹板位置以及靠近护栏平整度较好的翼板为测量的参考水平线，放置长约1.8m钢尺，然后测量钢尺放置范围内最大凹陷值作为凹陷深度的测量代表值。

全桥钢箱梁由80个的钢箱梁快件焊接而成，钢箱梁预制块件沿纵桥向长度为2m左右，现场观测，钢箱梁在腹板和翼缘板之间下凹最为严重，在每一个块件上左右两侧各选取两处量测出腹板和翼缘板之间的最大下凹距离，块件编号由上海向南京方向逐次递增。预制钢箱梁块件的截面和平面如图3所示。

  

图3　预制钢箱梁块件的截面图和平面图

根据钢箱梁顶板凹陷深度的实际测量结果可知：

1、位于内侧腹板外侧翼板顶板凹陷深度最大值达到19mm，而外侧腹板相对较小。

2、根据各个节段的钢箱梁顶板凹陷测试结果，中跨凹陷相对严重，而边跨不是太严重。

氧化石墨烯材料表面富含多种活性基团，如羧基、羟基、羰基以及环氧基等基团，该特性使其拥有超大比表面积。氧化石墨烯复合材料优异的比表面积使其具有良好的吸附性能。常见制备类型有Fe3O4磁性-氧化石墨烯复合材料、壳聚糖-氧化石墨烯复合材料、薄膜类-氧化石墨烯复合材料、TiO2-氧化石墨烯等。

系统供水水源为生产水，主要用于滤体表面绿化。共设置12只喷头，每只耗水量0.46 m3/h。平均夏天每天2次，每次5 min；春秋每周1次，每次5 min；冬季不开启。每年累计开启约18 h，水费以1.2元/m3计。年耗水费为119.232元。

2　钢箱梁顶板U肋探测

在对内侧腹板外侧翼板顶板最大凹陷值测量过程中发现，钢箱梁顶板的最大凹陷值沿纵桥向基本呈条状分布，最大凹陷值基本位于距离内侧腹板外侧30-35cm，而此位置为钢箱梁翼板顶板靠近腹板第一道U肋位置（35cm）。

凝聚产生力量，自2014年这一模式提出以来，三明市现已有泰宁、清流、沙县、大田、尤溪、明溪、三元、宁化、永安等县（市区）在推进“多村捆绑”项目。

由此我们怀疑是否由于钢箱梁加工时某些原因导致上述位置的顶板U肋缺失，从而导致上述钢箱梁顶板的局部凹陷。有鉴于此，我单位对距离内侧腹板外侧35cm位置处的第一道U肋进行了探测。

U肋探测方法如下：采用直径1.5mm钻头在既定位置钻孔，钻穿后用具有一定刚度的细钢丝戳捣，测量细钢丝戳捣长度，与U肋设计高度进行比较。测量方法见图4所示。

海外中资建筑企业应该采用以集团为单位的形式进行相应的供应链统一共享服务，并通过有关的合同协议来维护供应链统一共享服务体系的稳固性。同时，进一步加强内部集团化建设，在进行海外工程投标和施工中应以集团为单位与相关业务供货商和分包商进行商榷并达成合同协议，进而实现自身采购成本的最小化。作为回报应确保集团内部的所有经济实体都在尽可能从该供货商或分包商处采购，进而大尺度降低采购过程中由于询价、讨价、还价及协商订单条款等环节产生的管理成本流失。

  

图4　U肋深度测量方法示意

小结：限饲对于后备牛生长，或是第一泌乳期产奶量不会有明显影响，完全可以实现。另外，限饲可以喂得更少，消化更好，提高整体消化率，减少排泻。同时，限饲对瘤胃pH值没有影响，可以在一定程度上增加瘤胃微生物数量，更好地产生微生物蛋白，对后备牛瘤胃发育是非常理想的。

本研究中，MRI检出63例隐匿性骨折，检出率为92.6%；128层螺旋CT检出51例隐匿性骨折，检出率为75%，两者差异显著。

3　有限元模型计算

如前所述，根据某上跨桥钢箱梁顶板凹陷情况的现场实际测量，凹陷分布存在一定规律，最大凹陷值甚至接近2cm。而通过探测发现最大凹陷位置处的U肋实际是存在的。

那么导致钢箱梁顶板凹陷的可能潜在原因包括钢箱梁顶板厚度不足、U肋焊缝脱落导致其局部刚度加强失效、桥梁支座边界条件变化等因素单独或综合作用导致的。[2]

因此，采用有限元软件Abaqus 6.12对钢箱梁腹板外侧翼板进行细部分析，从而分析钢箱梁顶板局部凹陷的真正原因。

3.1　有限元模型建立

取两横隔板之间的钢箱梁翼板为局部分析对象，长度为1.5m。所有钢构件均采用shell单元，不考虑几何非线性。

根据钻孔测量结果，钢箱梁顶板距离内侧腹板外侧35cm处第一道U肋是存在的。

某上跨桥钢箱梁翼板局部模型及具体尺寸如图5和图6。

  

图5　结构模型细节构造图

  

图6　结构尺寸图

（2）通过实际测量可知，钢箱梁顶板凹陷最为明显的是箱梁悬挑部分的车道处，这与结构受力状况是一致的。

  

图7　结构边界条件示意

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中车辆荷载的规定，标准车辆荷载后轴标准值最大（140kN×2），后轮着地宽度及长度为0.6m×0.2m，模型中采用尺寸为0.6m×0.2m的垫块作为施力源，弹性模量取铺装层弹性模量1e10MPa。

施加荷载时考虑了现场下凹的范围，如图8所示。图中a所示为翼板下凹大致位置；图中b为2009年桥面铺装维修时的轮迹位置（红线标示处）；图中c为当前实际车辆轮迹位置（红线标示处）。经实际测量，确定车辆经过时车轮着力的范围为从腹板至翼板边缘约1.37m的范围内，如图9所示。为较好的模拟实际车辆荷载轮迹，并获得下凹范围内的最大竖向位移，施加荷载的位置顺桥向设定在两横隔板中间，横桥向考虑3个位置，以获得最大位移，三个作用位置横桥向示意图见图10～ 图12。

 

  

图8　现场下凹位置及车辆轮迹示意图

  

图9　车辆行驶范围与下凹处相对位置示意图（单位：m）

  

图10　作用位置1与下凹处相对位置示意图（单位：m）

  

图11　作用位置2与下凹处相对位置示意图（单位：m）

  

图12　作用位置3与下凹处相对位置示意图（单位：m）

3.2　第一道U肋完好时的有限元模型计算

由上述计算可知：在结构不存在损伤情况下，一般受到标准轮载作用，局部应力偏小，最大位移量不足1mm，因此认为设计满足要求。计算所得位移值远小于测量所的位移值，因此分析应该有三种可能的原因：

根据上述荷载作用，假设垫块材料为沥青铺装层，最大位移见表1。

1.3.3 PCR扩增 反应体系=10×Buffer 200 μmol/L+dNTPs 200 μmol/L=50 μl，引物=0.4 μmol/L，模板=0.1 μg的模板DNA。反应体+引物+DNA模板放置热循环仪(Bio-Rad型)中，在95℃预变性5 min之后加注3 U的聚合(TaqDNA)。按常规进行循环、变性、退火和延伸。取其10 μl反应最终产物进行电泳、染色，在紫外灯下验证电泳结果和产物特性。

 

表1　纵肋正常状态下各作用点作用最大竖向位移汇总

  

作用位置 　1 　2 　3最大位移(mm) 　0.2437 　0.2352 　0.2402应力(MPa) 　39.94 　43.00 　31.08

分别计算上述三种加载位置的有限元模型，得到的米塞斯应力云图及竖向位移云图（限于篇幅，图略）。

由于现场确认桥面板与测量面之间的真实下凹量比较困难，实际测量所得数据并非为模型计算所得位移；

由于该桥桥面于2009年重新摊铺铺装层时便发现有下凹情况（具体下凹量未知），到现在经历了较长的运营时间，加之该处为重车车道，桥面板在首次变形后会由于持续的轮轴局部荷载作用，桥面板疲劳后出现叠加的塑性变形，目前测得的下凹值实际为多年积累的结果。

（4）持续过大荷载作用下，外加结构整体缺陷（支座反力不足导致的振动异常）而引起的早期破坏，使得桥面板出现累计的塑性变形，下凹情况日益剧烈；

经过对纵肋失效前后的对比，根据该桥现场情况综合考虑，目前认为比较可能的下凹原因分析如下：

3.3　第一道U肋失效时的有限元模型计算

由此，特别分析了在翼板某根纵肋失效时的位移情况（此时垫块材料仍为铺装层沥青），在受到同样标准车辆荷载作用下，位移量明显比纵肋失效前大很多。因此，如现场测量所得数据即为翼板桥面板的相对凹陷量，有可能的原因是翼板处纵肋部分失效引起。模拟纵肋失效后3个作用位置处的应力和竖向位移云图略。纵肋失效状态下各作用点作用最大竖向位移汇总见表2。

 

表2　纵肋失效状态下各作用点作用最大竖向位移汇总

  

作用位置 　1 　2 　3最大位移（mm) 　4.092 　3.990 　0.2553应力（MPa) 　372.6 　247.0 　42.28

由上述计算可知：一旦纵肋失效，在标准轮载作用下局部位移大大增加，并且应力值增加约10倍，甚至大于钢材屈服强度（345MPa）。因此，如果翼板处纵肋出现部分失效，极有可能在车辆荷载作用下下凹变形。

4　钢箱梁顶板凹陷成因分析

近年来，各类大功率近方波Marx发生器大多采用气体开关[9-10]作为控制开关。气体开关具有功率大、通流能力强等特点，但在Marx发生器中，需要使用大量的气体开关。此外，为了提高Marx发生器的稳定性，减小输出抖动，需要配专门的触发器，用以触发发生器中的前几级气体开关，这又增加了系统的复杂性。因此，高功率脉冲驱动源技术的一个更加重要的发展方向就是简单化，追求原理与结构上的双重简单化。

（1）内侧翼板为重车经过处，超载车辆作用使得桥面板局部压力过大，桥面板局部变形较为明显，但在初期处于弹性阶段；

（2）由于整体的结构边界条件缺陷（过渡墩处支座反力不均），主梁在动载作用下整体变形较大、振动异常，这使得桥面铺装容易破坏。破坏的桥面铺装造成重车经过时跳动剧烈，并与主梁振动叠加，导致车辆冲击放大系数大大增加，桥面板所受局部荷载远远超出标准车辆荷载；

在长期的实践下，每个施工单位都有自己独特的管理规定，在社会不断发展的现代，建筑企业的各项管理规定也在不断改进当中。对管理制度的优化可总结为以下几点：明确划分岗位职责，并根据岗位特点罗列出工作过程中的注意事项；管理部门内部划分精细，确保其功能全面，将施工过程纳入完整、系统的管理之下；根据施工特点，适当融入新型技术，进而提高建筑质量；总结以往施工的经验，有针对性的对管理制度进行改进；将各类技术进行分类管理，并完善相应的技术规范，将技术的优越性充分发挥出来。

（3）与此同时，由于主梁振动剧烈，根据正交异性板应力影响线短的特性，桥面板及纵肋处在高频的交变应力幅下，长期活载作用使得纵肋与桥面板之间焊缝疲劳，疲劳使得纵肋失效的可能性大大增加；

2#幅主梁在本次更换支座前由于过渡墩支反力异常问题，导致主梁振动异常，主梁振幅明显大于1#幅，而翼板处振动相较主梁腔体更加剧烈，因此车辆经过时跳动明显，冲击放大系数偏大，一旦车辆超载严重，桥面板由于重车超载和行驶过程中的冲击，导致荷载远大于标准车辆荷载，使得翼板处纵肋与桥面板之间的焊缝开裂。

（5）桥面板下凹量达到一定值时，纵肋和桥面板之间的焊接便出现大面积破坏，纵肋在下凹明显处失效，进一步削弱桥面板局部刚度，下凹持续加剧。

5　初步处治方案

5.1　局部涂结构胶方案

据悉，在此上跨桥桥面铺装第一次维修时便发现钢箱梁顶板在内侧腹板外侧存在一定变形，可能由于当时变形值不大从而未引起重视。经历第二次桥面维修以及如今的第三次维修，可以推测钢箱梁顶板下凹变形。

在钢箱梁桥面沥青铺装层正常摊铺施工过程中，钢箱梁顶板凹陷区域的沥青混凝土摊铺将存在松铺系数偏小、压实度不足的情况，导致凹陷位置处已摊铺沥青混凝土的空隙偏大，从而更加容易出现沥青混凝土的推挤、水损坏等病害。因此，必须采取合理有效措施对钢箱梁顶板凹陷区域进行处治。

为了确保沥青摊铺时钢箱梁顶板整体以及局部平整度满足要求，同时提高钢箱梁顶板下凹处的局部刚度，从而能够更好地将车辆荷载均匀有效传递至整个结构，建议在桥面喷砂除锈结束后，采用环氧结构胶将钢箱梁顶板凹陷处进行调平处理，然后再摊铺桥面沥青混凝土，从而可以确保摊铺质量，提高沥青混凝土使用寿命，如图13所示。

  

图13　结构胶修补方案示意

基于此处治方案，利用有限元模型进行了模拟，考虑不同刚度的垫块下，桥面板下凹的情况，分析结果表明：通过在桥面板上加上刚度较大的垫块（模拟结构胶），可以较好地抑制桥面板局部下凹。假设铺设刚度与钢材一致的材料，纵肋未失效，在同样作用荷载下的竖向位移云图见图14～图16。

  

图14　纵肋未失效位置1作用下竖向位移云图

  

图15　纵肋未失效位置2作用下竖向位移云图

  

图16　纵肋未失效位置3作用下竖向位移云图

假设铺设刚度与钢材一致的材料，纵肋失效，在同样作用荷载下的竖向位移云图见图17～图19。

  

图17　纵肋失效后位置1作用下竖向位移云图

  

图18　纵肋失效后位置2作用下竖向位移云图

  

图19　纵肋失效后位置3作用下竖向位移云图

根据计算将最大竖向位移汇总如表3所示。

 

表3　最大竖向位移汇总表

  

最大位移（mm) 作用位置1 作用位置2 作用位置3垫块弹模1e10 　0.2437 　0.2352 　0.2402纵肋正常　垫块弹模2.1e11 　0.1805 　0.1715 　0.1788垫块弹模1e10 　4.092 　3.990 　0.2553纵肋失效　垫块弹模2.1e11 　1.952 　3.151 　0.1871

上述分析表明：在下凹处铺设弹模较大的材料可以改善桥面板局部刚度，计算结果表明在铺设后竖向位移值有所降低；但是相对于纵肋失效产生的影响来说，铺设材料对竖向位移作用不大。即如果纵肋仍然正常工作，则铺设结构胶的方案不仅可以提高桥面板局部刚度，而且能够保证桥面板平整，使得后期摊铺桥面铺装更加顺利；一旦纵肋失效，那么铺设材料虽然能提高局部刚度，但是对于下凹趋势作用不大。

5.2　铺装层采用环氧沥青方案

环氧沥青是一种由环氧树脂、固化剂与基质沥青经复杂的化学改性所得的混合物。十年前才从美国传入我国，目前已在南京长江二桥、润扬长江公路大桥等桥梁上得到应用，效果良好。由于桥面板下凹主要原因为桥面板局部刚度偏小，以及车轮荷载的集中性。在下凹处涂结构胶的方案主要思路是增大钢桥面板局部刚度；更换桥面铺装材料的方案主要考虑通过提高铺装层刚度以降低轮载的集中性。[3]同时，较高刚度的铺装层同样能够增加桥面板承载能力及刚度，对局部位移的控制作用非常有利。[4]从模型计算的结果可知：即使纵肋失效后，桥面铺装材料替换成环氧沥青后，局部最大竖向位移仍然小于1mm。铺设环氧沥青后应力云图及竖向位移云图如图20～图21所示；铺设普通改性沥青的应力云图及竖向位移云图如图22～图23所示。

 

表4　不同铺装材料最大竖向位移对比表

  

最大位移(mm) 　作用位置1纵肋失效 　改性沥青(1e9Pa) 　1.899环氧沥青(1e10Pa) 　0.4614

由上表可知：如果铺装层改为环氧沥青，竖向位移减小明显，对于桥面板下凹的现状改善明显，能够很好的分散车轮荷载的集中性，改善正交异性钢桥面板的受力特征，同时提高整个桥面板刚度（由5.1可知单独的提高桥面板局部的刚度作用不大），从而减小局部桥面板的竖向相对位移。

环氧沥青虽然力学性质突出，对钢桥面板受力非常有利，但同时应考虑施工难度及成本。就施工来讲，其施工养护周期较长，必须在现场边生产边摊铺，让其在现场发生一系列化学反应，最后固化。从生产到施工必须在1个小时内完成，否则只能废弃。施工的环境温度以30-40度最理想，施工一定要避开雨天。环氧沥青目前一般报价5cm厚在1000～1500元/平方米，如果按照设计要求铺设8cm则价格更加昂贵。施工的难度及经济问题是本方案的两个重点。

  

图20　纵肋失效后改换环氧沥青结构应力云图

  

图21　纵肋失效后改换环氧沥青结构竖向位移云图

  

图22　纵肋失效后铺设改性沥青结构应力云图

  

图23　纵肋失效后铺设改性沥青结构竖向位移云图

6　结语

（1）多跨连续钢箱梁桥由于采取分段焊接后现场合拢的施工工艺，合拢时因截面高程调整的需要，容易造成边墩支座反力不足甚至脱空，一旦结构出现此类情况，桥面板在车辆荷载的不断冲击下容易造成钢箱梁顶板下凹。

假设钢箱梁腹板、两侧横隔板位移为零，仅能够传递弯矩，模型中应约束腹板及横隔板三向平动位移，释放三向转动约束，模型边界设置如图7所示。

“粮改饲”试点项目实施两年来，发展了清苑县三丰牧草制品有限公司、河北盛世兆苜丰农业服务有限公司、海勋奶牛专业合作社等一大批青贮饲料专业收贮企业。专业青贮企业在青贮补贴、地上青贮设施建设补贴政策与养殖场相同。建设标准化青贮饲料供应基地，将青贮饲料商品化，通过项目补贴降低供应价格，专业青贮企业为中小型养殖场提供物美价廉的青贮饲料，开拓青贮饲料产业化发展的道路。专业青贮企业的青贮饲料大量向山西、内蒙、张家口销售。

（3）钢箱梁顶板凹陷后，采用刚度较小的材料填补，即便适当增加铺装厚度，对于顶板承受荷载状况的改善效果并不明显。这一方面是由于钢箱梁顶板一般比较薄（目前厚度均在

12mm左；另一方面，因为钢桥面与沥青类铺装层粘结力的关系，钢桥面铺装层也不允许太厚。

那天去，主任不催迟恒，陵矿把钱划到了报社帐上后，无声无息了，主任清楚，陵矿那边怕是一百个不想他社会新闻部的人再去，但收了钱就得出货，报社同样是服务，区别仅在出售的商品是宣传报道，得让客户满意。说起来，陵矿那个治库工程不咋地，但魏昌龙这个人究竟怎样，现在手头事少，今晚拟个采访题纲，明天下去采访。

（4）通过有限元模型分析可知，环氧沥青由于自身弹性模量显著，在改善钢桥面顶板荷载状况方面具有十分明显的优势。目前国内已有很多大跨径钢箱梁桥采用了环氧沥青铺装，小跨径钢箱梁桥在桥面铺装及病害防治方面参考使用，能收到良好的效果。[5]

[参考文献]

[1]邓学钧，顾兴宇，周世忠，周建林.钢桥面沥青铺装层裂缝破坏趋势研究[J].公路交通科技，2002（4）：4-7.

第四，党的十八大至今，以习近平为总书记的新一届党中央，锐意进取、求真务实、与时俱进，着眼于我国经济、政治、文化等全方位、多领域的体制改革，从坚持并发展中国特色社会主义道路的高度，继续推进党的群众观点和群众路线的发展，丰富和发展了党的群众史观。对于习近平总书记近期所提出的“中国梦”，他说：“中国梦归根到底是人民的梦，必须紧紧依靠人民来实现，必须不断为人民造福。……我们要随时随刻倾听人民呼声、回应人民期待，保证人民平等参与、平等发展权利，维护社会公平正义。”［7］这就为在社会主义全面改革新时期下，中国共产党人践行群众史观提出了新要求、指明了新方向。

[2]黄卫,刘振清.大跨径桥梁钢桥面铺装设计[J].土木工程学报,2007,40(9):51-59.

[3]徐军，陈忠延.正交异性钢桥面板的结构分析[J].同济大学学报，1999，27(2):170-174.

所有事物的存在都具有两面性，中西方文化差异的存在也不例外。在全球经济一体化的时代背景下，我们要做的，就是最大限度地保证文学作品的原汁原味。甚至在接受差异的基础上，对自己进行深度审视，找到不足，谋求发展的主动权。[8]我国的主流文化是中庸及和谐，但是在某些场合或是情景下，这一理念实际上是发挥不了作用的，鉴于此，可以借鉴西方国家近代更为科学的“管理策略”，提高我国的外事能力或是文化引导的能力。

[4]Bild S.Contribution to the improvement of the dura-bility of asphalt pavement on orthotropic steel bridgedecks[D].Achen:RWTH Achen,1985.

[5]黄卫，钱振东.高等沥青路面设计理论与方法[M].北京：科学出版社，2001.

[6]黄卫，胡光伟，张晓春.大跨径钢桥面沥青混合料特性研究[J].公路交通科技，2002（2）：53-55.