專利名稱：：降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種橋梁結構，尤其是一種降低主梁結構梯度溫度效應的橋面鋪裝結構，具體地說是一種降低橋梁主梁結構不利梯度溫度效應的橋面鋪裝結構。
背景技術：
：自60年代以來，國內外都發現由于溫度應力而導致混凝土橋梁結構嚴重裂損的事故。例如，德國幾座厚腹板箱梁的損壞，其中兩座橋梁幾乎坍塌，在對德國Jagst橋腹板箱梁的檢查中發現，通車第五年發現嚴重的裂縫，經估算溫度拉應力高達2.6MPa;美國對Champigny箱形橋梁支座反力變化進行觀測，一天內波動達到26%，相當于這一反力變化值的箱梁頂、底板表面的等效溫差為l(TC，僅由這一溫差引起的最大翼緣應力就可達到3.92MPa;新西蘭一座新市場高架橋的預應力混凝土箱梁，因日照產生的溫差導致該橋發生嚴重裂損，不得不耗資進行修復。國內，錫澄大橋、通惠河連續箱梁、九江長江大橋引橋箱梁、漓江二橋箱梁等等也都發生了裂縫，這些裂縫的出現與設計中溫差應力考慮不充分有密切關系。工程實踐表明，必須重視溫度效應及其不利影響的分析。國內外對橋梁結構的溫差應力做了許多研究工作，進行了一系列的現場試驗觀測和理論研究。隨著試驗研究工作的進展，國內外學者開始認識到沿混凝土結構內部的溫度分布是非線形性分布。在混凝土連續橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出活載應力，被認為是混凝土梁橋產生裂縫的重要原因之一。為了便于橋梁的工程設計與結構分析，在對橋梁實際觀測資料分析的基礎上，美國、日本、英國、新西蘭等國以及我國交通部門在橋梁設計規范條文中，對橋梁結構在日照作用下沿橋梁結構主梁截面高度的溫度分布提出了各自的計算模式，并且都以梯度溫度來表征這種溫度的非線性分布性態。太陽輻射、高溫瀝青混凝土攤鋪(高達15(TC)或者氣溫驟降引起橋梁結構主梁內部產生豎向梯度溫度，進而產生不利的溫度應力，特別是對于混凝土橋梁易出現開裂病害，影響橋梁結構的耐久性。為此，歐美以及我國橋梁設計規范都將梯度溫度作為橋梁結構在設計基準期內的設計荷載進行考慮。依據我國橋梁設計規范的大量計算表明，梯度溫度荷載對橋梁結構所產生的應力接近活載應力，甚至超過活載所產生的應力，成為控制設計的主要荷載之一。目前工程界處理橋梁結構豎向梯度溫度的原則是將其作為設計荷載考慮，從結構自身角度被動采取措施來承受其帶來的不利影響。比如加大橋梁結構主梁截面尺寸、增加受力鋼筋用量等，這就大大地增加了建設成本，而且由于溫差效應的反復作用，仍然會造成主梁結構開裂，縮短使用壽命，增加維護運行成本，這一問題目前尚無更好的解決方案。
發明內容本實用新型的目的是針對現有的橋梁設計中普遍將梯度溫度作為設計載荷來設計橋梁主梁結構而造成建設成本增加且無法從根本上解決不利梯度溫度效應帶來的問題，設計一種降低橋梁主梁結構不利梯度溫度效應的橋面鋪裝結構，以盡可能地減少橋梁主梁結構受橋面傳熱影響而產生的應力。本實用新型的技術方案之一是—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在橋梁主梁結構1上的防水層2和混凝土鋪裝層3，其特征是在防水層2和橋梁主梁結構1之間和/或防水層2與混凝土鋪裝層3之間設有隔溫層4，所述隔溫層4的厚度為l-100mm，且導熱系數不大于0.8W/mk。所述的混凝土鋪裝層3或防水層2中混合有組成隔溫層4的隔熱材料。所述的隔溫層4由纖維狀絕熱材料、多孔狀絕熱材料或層狀絕熱材料制成；所述的纖維狀絕熱材料包括玻璃棉、巖礦棉、硅酸鋁棉及其制品，以及以植物秸稈、廢報紙類有機纖維為原料制成的纖維板材中的一種或一種以上的組合；所述的多孔狀絕熱材料包括膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鹽、泡沫石棉、泡沫玻璃、加氣混凝土、泡沫塑料、陶粒砼或泡沫砼中的一種或一種以上的組合；所述的層狀絕熱材料包括鋁箔、金屬或非金屬鍍膜玻璃及以織物為基材的鍍膜制品中的一種或一種以上的組合。本實用新型的技術方案之二是—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在橋梁主梁結構1上的混凝土調平層5、防水層2和瀝青混凝土鋪裝層6，其特征是(a)在瀝青混凝土鋪裝層6與防水層2之間；(b)在防水層2與混凝土調平層5之間；(c)在橋梁主梁結構1與混凝土調平層5之間；在上述(a)、(b)、(c)中至少有一個設有隔溫層4，所述隔溫層4的厚度為1100mm，且導熱系數不大于0.8W/mk。所述的瀝青混凝土鋪裝層6、防水層2及混凝土調平層5三者中至少有一個混合有組成隔溫層4的隔熱材料。所述的隔溫層4由纖維狀絕熱材料、多孔狀絕熱材料或層狀絕熱材料制成；所述的纖維狀絕熱材料包括玻璃棉、巖礦棉、硅酸鋁棉及其制品，以及以植物秸稈、廢報紙類有機纖維為原料制成的纖維板材中的一種或一種以上的組合；所述的多孔狀絕熱材料包括膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鹽、泡沫石棉、泡沫玻璃、加氣混凝土、泡沫塑料、陶粒砼或泡沫砼中的一種或一種以上的組合；所述的層狀絕熱材料包括鋁箔、金屬或非金屬鍍膜玻璃及以織物為基材的鍍膜制品中的一種或一種以上的組合。本實用新型的有益效果本實用新型首次大膽地將隔溫層應用到橋面鋪裝結構中，并經過大量的試驗總結出了隔溫層的厚度、導熱系數與橋面板表面最高梯度溫度之間的關系，得出了常規隔溫材料的鋪裝厚度。試驗證明通過在橋面鋪裝過程中增加隔溫層，可有效阻止外部熱量的傳入或內部熱量的流出(如太陽輻射、氣溫驟降以及高溫瀝青混凝土攤鋪等)，保持橋梁結構梁體溫度沿著豎向穩定的能力，或者產生盡可能小的豎向梯度溫度，減少橋梁主梁結構因溫度變化而引起的應力波動。本實用新型除了能有效降低橋梁結構主梁豎向梯度溫度外，同現在常用的橋梁鋪裝體系相比，還具有如下優點(1)橋梁結構在太陽輻射、氣溫驟降以及高溫瀝青混凝土攤鋪等情況下，本實用新4型能使橋梁結構梁體溫度沿著豎向保持穩定的能力，或者產生盡可能小的豎向梯度溫度；(2)橋梁結構豎向梯度溫度的降低，可有效改善橋梁結構的受力狀況；1.梯度溫度荷載的減小，進而帶來橋梁結構截面尺寸減小和材料用量的降低，梁體自重相應減小，橋梁下部結構的設計荷載也同步降低。從而顯著地降低橋梁的建設成本。2.大量理論分析和實驗表明，當橋面鋪裝層內設置隔溫層后，通過調整隔溫層材料導熱系數及其厚度，橋面板頂面的梯度溫度峰值可下降30%70%。由此可見，采用本實用新型中的橋面鋪裝隔溫體系之后，將給新橋結構設計和在役橋梁的維修改造提供一種改善不利溫度應力的有效手段和方法，最終產生可觀的社會和經濟效益。3.本實用新型不僅可用于跨河、江、海橋梁設計施工中，還可用于城市高架、高速公路、人行天橋等橋梁設計施工中，經濟效益十分明顯。即既可用于公路橋梁建設，也可用于市政橋梁建設中。4、以下是隔溫層采用不同厚度和材料時的部分實測數據(針對試驗對象，連續一年進行跟蹤觀測)，表中A=1.6和A=l.O表示未采用隔熱措施時橋面板表面最高梯度溫度。(1)橋面采用5cm厚混凝土鋪裝時，加裝隔熱層后橋面板表面的最高梯度溫度。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0030](2)橋面采用10cm混凝土鋪裝，在防水層中添加隔熱材料后橋面板表面的最高梯度溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0032](3)橋面采用混凝土鋪裝，在混凝土鋪裝層中添加隔熱材料后橋面板表面的最高梯度溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0034](4)橋面采用5cm瀝青混凝土鋪裝，在防水層中添加隔熱材料后橋面板表面的最高梯度溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>[0038](5)橋面采用瀝青混凝土鋪裝，在瀝青混凝土中添加隔熱材料后橋面板表面的最高梯度溫度|||||||||<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>l是本實用2是本實用3是本實用4是本實用5是本實用6是本實用7是本實用8是本實用9是本實用新型新型新型新型新型新型新型新型新型M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構M勺橋梁結構意圖之一:意圖之二:意圖之三c意圖之四c意圖之五c意圖之六:意圖之七c意圖之八:意圖之九:具體實施方式以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。[0051]實施例一。如圖2所示。—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在混凝土橋梁主梁結構1上的防水層2和混凝土鋪裝層3，在防水層2和橋梁主梁結構1之間以及防水層2與混凝土鋪裝層3之間同時或單獨設有隔溫層4，所述隔溫層4的厚度為1100mm，且導熱系數不大于0.8W/mk。具體實施時，為了提高隔熱效果，還可在混凝土鋪裝層3或防水層2中混合組成隔溫層4的隔熱材料，如圖1、3所示，混合的量可少于上述的隔溫層4所用材料的量，可參照均鋪后形成最低隔溫層厚度的量進行摻加。隔溫層4可由纖維狀絕熱材料、多孔狀絕熱材料或層狀絕熱材料制成；所述的纖維狀絕熱材料包括玻璃棉、巖礦棉、硅酸鋁棉及其制品，以及以植物秸稈、廢報紙類有機纖維為原料制成的纖維板材中的一種或一種以上的組合；所述的多孔狀絕熱材料包括膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鹽、泡沫石棉、泡沫玻璃、加氣混凝土、泡沫塑料、陶粒砼或泡沫砼中的一種或一種以上的組合；所述的層狀絕熱材料包括鋁箔、金屬或非金屬鍍膜玻璃及以織物為基材的鍍膜制品中的一種或一種以上的組合。實施例二。如圖5所示。—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在混凝土橋梁主梁結構1上的混凝土調平層5、防水層2和瀝青混凝土鋪裝層6，其中(a)在瀝青混凝土鋪裝層6與防水層2之間；(b)在防水層2與混凝土調平層5之間；(c)在橋梁主梁結構1與混凝土調平層5之間；在上述(a)、(b)、(c)中至少有一個設有隔溫層4，所述隔溫層4的厚度為l-100mm，且導熱系數不大于0.8W/mk。同上所述一樣，具體實施時為了提高隔熱效果，還可所述的瀝青混凝土鋪裝層6、防水層2及混凝土調平層5三者中至少有一個混合有組成隔溫層4的隔熱材料，如圖4、6、7所示，混合的量可少于上述的隔溫層4所用材料的量，可參照均鋪后形成最低隔溫層厚度的量進行摻加。實施例三。如圖8所示。—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在鋼質橋梁主梁結構1上的防水層2和瀝青混凝土鋪裝層3，在防水層2和橋鋼質梁主梁結構1之間和/或防水層2與瀝青混凝土鋪裝層3之間設有隔溫層4，所述隔溫層4的厚度為1100mm，且導熱系數不大于0.8W/mk。具體實施時，為了提高隔熱效果，還可在瀝青混凝土鋪裝層3或防水層2中混合組成隔溫層4的隔熱材料形成防水隔溫層12(如圖9所示)，混合的量可少于上述的隔溫層4所用材料的量，可參照均鋪后形成最低隔溫層厚度的量進行摻加。隔溫層4可由纖維狀絕熱材料、多孔狀絕熱材料或層狀絕熱材料制成；所述的纖維狀絕熱材料包括玻璃棉、巖礦棉、硅酸鋁棉及其制品，以及以植物秸稈、廢報紙類有機纖維為原料制成的纖維板材中的一種或一種以上的組合；所述的多孔狀絕熱材料包括膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鹽、泡沫石棉、泡沫玻璃、加氣混凝土、泡沫塑料、陶粒砼或泡沫砼中的一種或一種以上的組合；所述的層狀絕熱材料包括鋁箔、金屬或非金屬鍍膜玻璃及以織物為基材的鍍膜制品中的一種或一種以上的組合。本實用新型的工作原理是眾所周知，傳熱的基本方式主要有導熱、對流和熱輻射。材料導熱能力的大小與導熱系數有關，其數值越大，導熱能力越強；導熱系數的大小，主要取決于傳熱介質的組成和結構，同時還與溫度、濕度、壓力、表觀密度、孔隙的大小與特征、熱流方向有關。在材料的實際傳熱過程中，單純的導熱、對流、熱輻射往往并不常見，通常情況下，三者都會同時存在，且可相互轉換。根據隔熱作用機理的不同，可以分為阻隔型、反射型和輻射型3類。總之要隔溫，就是最大限度地阻抗熱流的傳遞。因此，本實用新型的隔熱層所使用的材料必須具有較小的導熱系數、換熱系數和輻射換熱系數，同時盡量使材料不吸水和吸潮、具有一定的機械強度和耐熱溫度、化學穩定性、耐久性等性能，滿足橋梁結構材料的各項力學指標。因此，本實用新型的隔熱層所采用的絕熱材料按化學組成分有無機絕熱材料、有機絕熱材料、復合材料三大類；按形態分有纖維狀、多孔(微孔、氣泡)狀、散粒狀、層狀等。隨著人們珍惜能源、保護環境意識的提高，絕熱、環保新材料層出不窮，現常用的新型絕熱材料有纖維狀絕熱材料，例如玻璃棉、巖礦棉、硅酸鋁棉及其制品及以植物秸稈、廢報紙等有機纖維為原料制成的纖維板材；多孔狀絕熱材料，例如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鹽、泡沫石棉、泡沫玻璃、加氣混凝土、泡沫塑料類(聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛、脲醛泡沫塑料等)；層狀絕熱材料，例如鋁箔、金屬或非金屬鍍膜玻璃及以織物為基材的鍍膜制品。除以上之外，還有許多絕熱材料的節能環保性能也逐漸被提高，如復合板材、玻璃、塑料等。橋梁橋面鋪裝大多采用普通混凝土和瀝青混凝土。普通水泥混凝土的導熱系數在1.5W/mk3.3W/mk之間，常規瀝青混凝土的導熱系數在0.8W/mk1.8W/mk之間。本實用新型推薦采用的隔熱材料導熱系數如下①輕骨料陶粒混凝土導熱系數(0.20.75)W/mk;②硬質聚氨酯泡沫導熱系數0.022W/mk0.027W/mk;③泡沫混凝土導熱系數0.087W/mk0.3W/mk;④大摻量粉煤灰防水隔熱材料導熱系數《0.103W/mk;⑤水泥聚苯板保溫隔熱材料導熱系數0.05W/mk0.09W/mk;⑥加氣混凝土導熱系數0.09W/mk0.22W/mk;⑦水泥珍珠巖制品導熱系數0.14W/mk0.17W/mk;⑧粉煤灰陶粒混凝土導熱系數0.30.65W/mk左右；⑨常溫下的隔溫涂料導熱系數0.030.04W/mk左右。⑩同常規橋面鋪裝材料相比，添加上述隔熱材料后，整個橋面的導熱系數將大大降低，在橋面鋪裝層中設置一層或多層隔溫層后，橋梁主梁結構與外界的熱量交換可以得到有效阻隔，其豎向梯度溫度峰值可降低30%_70%，工程投資總額可減少5%10%，直接經濟效益十分顯著。這就是本實用新型能降低橋梁主梁結構梯度溫度荷載的理論基礎，在此基礎上可降低橋梁的建設成本以及養護維修成本。因此，在橋梁鋪裝過程中增設隔溫層或同時向鋪裝材料中添加隔溫材料是對傳統設計理念和施工規范的創造性突破，其經濟意義和效益十分明顯，必將對我國的交通事業產生深遠的影響。此外，具體實施時既可以通過對混凝土進行改性使之具有明顯的隔熱作用后直接作為橋面鋪裝材料使用，此時，導熱系數在A《0.8W/m'k，強度等級不應低于C40，施工性能應滿足橋梁設計、施工規范對混凝土的各項要求，厚度>5cm。當采用其他隔熱材料作為隔溫層時應滿足以下要求①隔溫層應具有良好的耐久性，至少應有不低于橋面瀝青鋪裝層或者混凝土鋪裝層使用年限的壽命(15年左右)，抗拉強度2.5MPa;②在環境條件-15t:9(rC范圍內，仍能滿足第①條的要求。同時，在經受瀝青層攤鋪溫度約15(TC后，不影響其正常使用功能及耐久性。隔溫層與其接觸的瀝青混凝土或混凝土應有相融性，二者之間的粘結力不低于瀝青混凝土鋪裝層(或混凝土鋪裝層)與主梁之間的粘結力，層間抗剪強度在25"時>1.5MPa，在35t:時^1.OMPa;③隔溫層在粗糙橋面板上具有良好的密貼性，粘結后不得夾有空氣層；④隔溫層施工應便于操作，施工性能、干燥時間、機械性能、力學指標、耐候性等均應符合橋梁設計和施工規范標準，滿足橋梁正常使用要求。本實用新型的鋪裝結構用方法可表示為—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的方法，它至少通過以下方式之一實現(1)在表面的防水混凝土層中添加隔溫材料，以便在橋梁主梁結構1頂面形成具有隔溫防水混凝土鋪裝層7;如圖1所示。(2)在橋梁主梁結構1與防水層2之間鋪裝一層由耐壓材料組成的隔溫層4，以便減少或阻斷表面混凝土鋪裝層的熱量向橋梁主梁結構1的傳遞；如圖2所示。(3)向位于橋梁主梁結構1與混凝土鋪裝層3之間的防水層中添加隔溫材料，以便在橋梁主梁結構與混凝土鋪裝層之間形成一個能減少或阻斷熱量傳遞的防水隔溫層8;如圖3所示。(4)向位于瀝青混凝土鋪裝層6和橋梁主結構1之間的防水混凝土調平層中加入隔溫材料形成隔溫防水混凝土調平層9，阻斷和減少瀝青混凝土鋪裝層6與橋梁主結構1之間的熱交換；如圖4所示。(5)在防水層2和混凝土調平層5之間增鋪一層隔溫層4，減少或阻斷表面瀝青混凝土鋪裝層6與混凝土調平層5之間的熱量傳遞；如圖5所示。(6)向防水層中添加隔溫材料，形成防水隔溫層10，以減少或阻斷表面瀝青混凝土鋪裝層6與混凝土調平層5之間的熱量傳遞。如圖6所示。(7)向表面的瀝青混凝土鋪裝層中添加隔溫材料，形成隔溫瀝青混凝土鋪裝層11，以減少或阻斷表面瀝青混凝土鋪裝層與防水層2之間的熱量傳遞。如圖7。上述七種方式中如果單獨實施，則以第2和第5種方法效果較好，對于表面鋪裝混凝土鋪裝層的橋梁而言，將第2種和第1、3種混合使用效果較好。對于表面鋪裝瀝青混凝土鋪裝層的橋梁而言，則將第5種和第4、6、7種方式混合使用隔熱效果最好，但成本略有增加。此外，當主梁結構采用全鋼架結構時可采用第4-7種方式加以實施，此時只需省去混凝土調平層即可。本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。權利要求一種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在橋梁主梁結構(1)上的防水層(2)和混凝土鋪裝層(3)，其特征是在防水層(2)和橋梁主梁結構(1)之間和/或防水層(2)與混凝土鋪裝層(3)之間設有隔溫層(4)，所述隔溫層(4)的厚度為1-100mm，且導熱系數不大于0.8W/m·k。2.—種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在橋梁主梁結構(1)上的混凝土調平層(5)、防水層(2)和瀝青混凝土鋪裝層(6)，其特征是(a)在瀝青混凝土鋪裝層(6)與防水層(2)之間；(b)在防水層(2)與混凝土調平層(5)之間；(c)在橋梁主梁結構(1)與混凝土調平層(5)之間；在上述(a)、(b)、(c)中至少有一個設有隔溫層(4)，所述隔溫層(4)的厚度為l-100mm，且導熱系數不大于0.8W/mk。專利摘要一種降低橋梁主梁結構不利溫度效應的橋面鋪裝結構，包括依次鋪裝在橋梁主梁結構(1)上的防水層(2)和混凝土鋪裝層(3)，其特征是在防水層(2)和橋梁主梁結構(1)之間和/或防水層(2)與混凝土鋪裝層(3)之間設有隔溫層(4)，所述隔溫層(4)的厚度為1-100mm，且導熱系數不大于0.8W/m·k。本實用新型可降低橋梁主梁結構的梯度溫度荷載，減少橋梁建設或養護成本，并可延長橋梁結構的使用壽命。文檔編號E01D19/12GK201447663SQ20092004496公開日2010年5月5日申請日期2009年6月8日優先權日2009年6月8日發明者劉其偉,羅文林申請人:劉其偉