专利名称：Frp-环氧砾石-沥青混凝土钢桥面铺装新结构的制作方法
技术领域：
本发明属于桥梁工程的桥面铺装结构技术领域。本发明涉及一种钢桥面铺装新结构，尤其是涉及一种由纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)铺装下层、环氧砾石铺装中层和浙青混凝土铺装上层组成的异质三层钢桥面铺装新结构，简称为 FRP-环氧砾石-浙青混凝土钢桥面铺装结构。
背景技术：
钢桥面铺装，从最初的水泥混凝土钢桥面铺装结构发展到现今桥梁设计规范推荐的浙青混凝土钢桥面铺装结构，带来了钢桥面铺装结构的技术经济性能提升和工程建设发展1_2。由于浙青混凝土钢桥面铺装结构从上世纪八十年代推出至今仍未解决的三大世界性技术难题(1.浙青混凝土与钢桥面板材料性能悬殊导致的二者界面剪应力较大；2.钢桥面板的防水层及其与浙青混凝土铺装的粘接层容易破坏；3.铺装结构耐久性差)制约了其进一步发展，促使桥梁工程师和设计、研究人员寻求采用新材料和新结构对浙青混凝土钢桥面铺装结构进行技术改造和技术创新，从而推出“结构形式更合理”和“结构功能更完美” 的钢桥面铺装新结构3_5。本发明应用复合材料结构的“复合”思想，将传统的浙青混凝土铺装结构与新引入钢桥面铺装结构中的FRP铺装结构和环氧砾石铺装结构进行复合，推出 FRP铺装下层、环氧砾石铺装中层、浙青混凝土铺装上层异质三层结构形式的钢桥面铺装结构，不仅可使浙青混凝土钢桥面铺装结构的三大世界性技术难题有效解决，而且能使新铺装结构具有“结构形式更合理”和“结构功能更完美”的质的进步。
发明内容
本发明的发明内容，是FRP-环氧砾石-浙青混凝土钢桥面铺装新结构的结构形式和连接方式。本发明的技术方案如下在材料性能悬殊、界面连接较弱的钢桥面板和浙青混凝土铺装层中间，加入既可实现二者材料刚度过渡、又可界面连接增强的FRP铺装层和环氧砾石铺装层，构成FRP铺装下层、环氧砾石铺装中层、浙青混凝土铺装上层异质三层结构形式的钢桥面铺装结构。FRP铺装下层的结构形式，为玻璃纤维(GF)和碳纤维(CF)增强环氧树脂(ER)并粘接连接在钢桥面板上的FRP实心板或空心板结构；环氧砾石铺装中层的结构形式，为ER拌和花岗岩、玄武岩砾石集料摊铺压实并粘接连接在FRP铺装下层上的实心板结构；浙青混凝土铺装上层的结构形式，为常规的浙青混合料摊铺压实在环氧砾石铺装中层上的实心板结构。FRP铺装下层与钢桥面板的界面连接方式，为FRP材料的基体树脂ER 与钢材具有分子间吸引力及FRP材料增强纤维GF、CF对界面层具有结构增强作用的粘接连接，保证二者界面结构一体且受力不易破坏。FRP铺装下层与环氧砾石铺装中层的界面连接方式，为二者材料基体树脂相同的自粘连接及二者粗糙界面的糙面粘接连接，保证二者的界面连接强度不低于FRP铺装下层与钢桥面板的界面连接强度，从而为浙青混凝土铺装上层提供坚固耐久的铺装承力层和传力层。环氧砾石铺装中层与浙青混凝土铺装上层的界面连接方式，为浙青混凝土铺装上层的浙青混合料嵌入环氧砾石铺装中层的砾石间空隙并握裹砾石构成的咬合式界面连接，保证二者的界面连接通过其稳固的砾石基层和增大的连接面积得以增强，从而大幅提高浙青混凝土铺装上层的界面剪切强度。(四)有益效果FRP-环氧砾石-浙青混凝土钢桥面铺装新结构，具有如下有益效果1.结构形式更合理FRP-环氧砾石-浙青混凝土钢桥面铺装新结构，是名符其实的异质三层结构，各层之间不再另设粘接层，钢桥面板上也不需再另设防水层。FRP铺装下层，既是铺装结构的下承力层和刚度过渡层，又是钢桥面板的防水层和粘接层；环氧砾石铺装中层，既是铺装结构的中承力层和刚度过渡层，又是浙青混凝土铺装上层的界面连接增强层和施工高温缓冲层，从而使铺装结构的结构形式更简单和更合理，并使铺装结构的各层都能用其材料性能之长。2.结构功能更完美FRP-环氧砾石-浙青混凝土钢桥面铺装新结构，一可利用FRP铺装下层的轻质材料优点和特殊结构形式，减轻钢桥面铺装的结构自重(例如60mm厚的浙青混凝土钢桥面铺装，将其30mm厚的铺装下层更换为FRP空心板式铺装下层，可使铺装结构减重约1/3) ；二可利用FRP铺装下层与钢桥面板间高强、长效的界面连接构成的整体结构，增大钢桥面板的刚度(例如30mm厚的FRP空心板式铺装下层可增大12mm厚钢桥面板的横桥向抗弯刚度约50%，相当于间接增大钢桥面板厚度约3mm)，减小钢桥面板的挠曲变形和振幅；三可借助FRP铺装下层的自身高强特性和对整体铺装结构的刚度贡献，在自身不先破坏的前提下使铺装截面的中性轴和浙青混凝土铺装层的界面上移，从而减小钢桥面板和浙青混凝土层的应力和变形(例如25mm浙青混凝土铺装上层+7mm环氧砾石铺装中层+25mmFRP空心板式铺装下层+12mm厚钢桥面板铺装结构，相对于57mm厚浙青混凝土铺装层+12mm厚钢桥面板铺装结构，钢桥面板的最大正应力减小约15%，浙青混凝土铺装层界面剪应力减小约 30% )；四可借助FRP铺装下层材料抗断裂、疲劳和耐酸、碱、盐介质腐蚀优于钢材和浙青混凝土、防水、粘接效果优于现有钢桥面铺装结构所有粘接、防水材料、能在-30 70°C范围内正常工作、老化寿命>40年的优异性能，增大新铺装结构的耐久性，保证FRP铺装下层的使用寿命不小于30年，环氧砾石铺装中层的使用寿命不小于15年，浙青混凝土铺装上层的使用寿命不小于10年，从而使钢桥面铺装结构的结构功能更完美，带来钢桥面铺装工程应用的技术进步和更大发展。参考文献[1]黄卫.大跨径钢桥面铺装设计[J]· 土木工程学报，2007，40 (9) :65-77.[2]中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范[S].北京人民交通出版社，2004，10.[3]张勇，钱振东，罗桑.国产环氧浙青混合料在钢桥面铺装中的应用[J].上海公路，2008，(2) :23-26.[4]刘沐宇，曹玉贵，丁庆军.新型钢桥面铺装结构的力学性能分析[J].华中科技大学学报城市科学版，2008，25 ) :23-26.[5]杨忠，张锡祥，陈仕周.FRP-浙青混凝土钢桥面铺装结构技术创新研究[C].桥梁与都市国际论坛·重庆2009论文集169-176.
权利要求
1.一种FRP-环氧砾石-浙青混凝土钢桥面铺装新结构。其特征在于该铺装结构的结构形式，为FRP铺装下层、环氧砾石铺装中层、浙青混凝土铺装上层异质三层铺装结构。
2.如权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于FRP铺装下层与钢桥面板的界面连接方式，为FRP材料的基体树脂ER与钢材具有分子间吸引力及FRP材料增强纤维GF、CF 对界面层具有结构增强作用的粘接连接。
3.如权利要求1所述的钢桥面铺装结构，FRP铺装下层与环氧砾石铺装中层的界面连接方式，为二者材料的基体树脂ER相同所具有的自粘连接及二者粗糙界面的糙面粘接连接。
4.如权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于环氧砾石铺装中层与浙青混凝土铺装上层的界面连接方式，为浙青混凝土铺装上层的浙青混合料嵌入环氧砾石铺装中层的砾石间空隙并握裹砾石构成的咬合式界面连接。
全文摘要
本发明公开了一种FRP-环氧砾石-沥青混凝土钢桥面铺装新结构。新结构的结构形式为FRP铺装下层、环氧砾石铺装中层、沥青混凝土铺装上层异质三层铺装结构。新结构的FRP铺装下层与钢桥面板的界面连接方式，为材料具有分子间吸引力和层间结构增强的界面粘接连接；FRP铺装下层与环氧砾石铺装中层的界面连接方式，为糙面粘接加材料自粘的界面粘接连接；环氧砾石铺装中层与沥青混凝土铺装上层的界面连接方式，为沥青混凝土铺装上层的沥青混合料嵌入环氧砾石铺装中层的砾石间空隙并握裹砾石的咬合式界面连接。FRP铺装下层，既是铺装结构的下承力层和刚度过渡层，又是钢桥面板的防水层和粘接层；环氧砾石铺装中层，既是铺装结构的中承力层和刚度过渡层，还是沥青混凝土铺装上层的界面连接增强层和施工高温缓冲层。铺装结构不再另设防水层和粘接层，铺装结构具有“结构形式更合理”和“结构功能更完美”的质的进步。
文档编号E01C7/32GK102268854SQ20111007152
公开日2011年12月7日 申请日期2011年3月19日 优先权日2011年3月19日
发明者张锡祥 申请人:张锡祥