铁路桥梁复合材料人行道步行板的研究.docVIP

铁路桥梁复合材料人行道步行板的研究 　　【摘 要】铁路桥梁是铁路线路的重要组成部分，桥梁人行道上的步行板是保证作业人员日常作业安全、车辆安全通过的关键设备，全路98%以上的步行板是依据专桥8145图纸制作的混凝土步行板，但混凝土步行板普遍存在腐蚀掉块，筋锈蚀，板折断等病害，有的已危及到行人及施工机具安全。本文对铁路桥梁复合材料人行道步行板进行分析研究。 　　【关键词】铁路桥梁 复合材料 步行板 　　桥梁人行道上步行板在国内还存在少量的橡胶步行板，其采用钢筋网外硫化橡胶的方式制作，存在成本较高、易老化、挠度大等缺点，使其不能广泛推广应用。 　　1 复合材料步行板技术特点 　　复合材料步行板将玻璃纤维增强材料、不饱和聚酯材料通过拉挤成型生产工艺，在高温条件下固化成型。具有以下技术特点：质量轻， 强度高，耐酸碱等腐蚀，安装灵活、快速、便捷，寿命长（设计寿命不少于30年），环保、有益于实现减振降噪，质量稳定等。 　　2 材料性能研究 　　（1）静载强度。对于复合材料人行道板，考虑到混凝土板的设计荷载为10Kpa、1.5KN，复合材料的强度与抗弯刚度正相关性，因此，该项指标设计以20KN为基准。（2）疲劳性能。在设计疲劳荷载时，以30年设计寿命考虑，疲劳次数10万次，疲劳最小荷载以不小于运料小车和行人重量，取值3KN，根据疲劳最小荷载为最大荷载的20%关系，取最大荷载为15KN。（3）局部抗压强度。要求局部抗压强度不低于5MPa，检验方式可采用20mm×50mm的承压件在复合材料人行道板空腔对应位置的纵向加载。（4）挠度要求。挠度控制主要是控制结构体的振幅，对于人行道板，振幅大小将会影响到行人行走时的体感，针对复合材料人行道板在该项指标设计为1.5KN跨中荷载下挠度不超过1mm。（5）老化性能。结合复合材料人行道板设计强度的富余量和安全系数，可允许模拟30年老化寿命条件，原材料取样的力学性能（弯曲强度、剪切强度）不低于设计值的50%即可。 　　3 产品研制 　　3.1 原材料的选取 　　（1）玻璃纤维。玻璃钢是以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体的一种复合材料。玻璃纤维、合成树脂及其界面称为玻璃钢复合材料的三大要素。常用的玻璃纤维主要分为以下四种：高碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、高强玻璃纤维。（2）树脂材料。树脂一是将分散的增强纤维材料粘结在一起，使其成为整体，使纤维定向定位；二是起到传递作用。增强纤维复合材料的各项主要性能如电绝缘性能、耐温防腐性等都是主要由树脂决定的。（3）辅助材料。辅助材料是促进增强纤维材料与树脂材料之间的结合，并保证生产工艺可行的辅助性材料，如催化剂、固化剂、脱模剂、防老化剂、填料等。 　　3.2 生产工艺的确定 　　玻璃钢产品生产工艺形式有多种，主要有手糊、缠绕、喷射、模压、拉挤、浇注等。但不论是何种生产工艺，其产品的生产过程基本相同，都可大致归结为定型、浸渍、固化三个要素或阶段。拉挤成型工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）等。 　　3.3 截面设计 　　若将玻璃纤维增强复合材料应用到人行道板中，考虑到生产工艺及成本，在不改变人行道板的外观尺寸前提下，需将人行道板设计为空心多腔结构，还应重点考虑层间剪切强度以及工艺可行性，局部壁或肋板的宽度尽量薄，便于生产时固化彻底。 　　3.4 力学分析 　　考虑到既有线混凝土板的厚度和通用性，试制将采用宽520mm厚70mm的板，因此，在此主要分析该板在两端固结条件的局部应力值，跨度为1480mm，荷载10Kpa，两端固结支撑面宽度为50mm，采用solidwork2014进行分析。 　　由图1、图2可知，该条件下，最大位移为跨中位置，为0.439mm，最大应力为端部位置，局部最大应力为20.03MPa，均在允许设计值范围内，且只有设计值的20%，材料强度有较大富余。 　　3.5 样品试制 　　样品试制采用30吨的大吨位拉挤设备，样品截面宽度超过0.5米，已达到设备及模具的极限，考虑固化程度、减少废品率，速度控制在0.06米/分钟。为了增强复合材料人行道板上表面的防滑性能，对生产后的复合材料人行道板上表面进行防滑处理，主要有表面涂料冷喷和表面喷砂两种方案。 　　4 试验研究 　　4.1 指标制定 　　综合复合材料的材料性能特点和结构特点，从静强度、疲劳强度、局部强度和挠度等四个方面对成型的复合材料人行道板进行检验和试验，考虑到是一种新材料的产品，其力学指标应高于混凝土人行道板。复合材料人行道板主要性能参数指标如下： 　　（1）静载抗弯强度：≥20KN；（2）疲劳强度：3KN～15KN，10万次；（3）局部抗压强度：≥5MPa；（4）