SMC高强度复合材料桥梁步行板的研发、应用及性能研究
李爱华
中国铁路南宁局集团有限公司柳州工务段路桥技术科广西柳州市545005

摘要：随着我国铁路交通网络的快速扩张和桥梁建设水平的不断提升，桥梁步行板作为铁路桥梁的重要组成部分，其安全性、耐久性和经济性对铁路运营安全和维护成本具有重要影响。传统桥梁步行板多采用水泥、铁艺、橡胶等材料制成，存在重量大、易破损、维护成本高、使用寿命短等诸多弊端，已难以满足现代铁路桥梁的使用需求。本文以SMC高强度复合材料桥梁步行板为研究对象，结合扬州长城铁路器材有限公司的研发实践、施工技术标准及现场应用案例，系统研究了SMC材料的组成特性、SMC桥梁步行板的产品设计、生产工艺、施工流程、性能优势，并通过与传统材料步行板的对比分析，验证其应用价值。

关键词：SMC复合材料；桥梁步行板；研发应用；施工技术；性能对比；铁路桥梁

引言

1.1 研究背景

铁路桥梁是铁路交通网络的关键节点，承担着列车通行和人员检修维护的双重功能，而桥梁步行板作为桥梁人行道的核心构件，是检修人员、施工材料及机械设备通行的重要载体，其性能直接关系到铁路运营安全和工务维护效率。随着我国高速铁路、普速铁路的大规模建设，桥梁数量持续增加，对桥梁步行板的承载能力、防滑性能、耐候性、轻量化等指标提出了更高要求。SMC高强度复合材料作为一种新型高分子材料，由不饱和聚酯树脂、玻璃纤维、填料等多种组分经高温高压模压成型，具有强度高、重量轻、耐腐蚀性强、耐候性优良、绝缘阻燃、免维护等诸多优势。将SMC复合材料应用于桥梁步行板的研发生产，能够有效解决传统步行板的诸多弊端，提升桥梁步行板的综合性能，降低维护成本，对推动铁路桥梁建设向轻量化、绿色化、智能化方向发展具有重要意义。

1.2 研究意义

本文的研究意义主要体现在理论和实践两个方面。在理论层面，系统梳理SMC复合材料的组成特性和成型工艺，深入分析SMC桥梁步行板的结构设计原理和性能优势，丰富复合材料在铁路桥梁领域的应用理论，为同类产品的研发提供理论参考；在实践层面，结合扬州长城铁路器材有限公司的研发成果和多地铁路工务段的应用案例，总结SMC桥梁步行板的施工技术要点、应用效果及存在的问题，提出改进建议，对提升铁路桥梁维护效率、降低维护成本、保障运营安全具有重要的现实价值。

1.3 研究内容与方法

本文的研究内容主要包括：SMC复合材料的组成、特性及成型工艺；SMC桥梁步行板的产品设计、规格参数及结构特点；SMC桥梁步行板的施工流程、技术标准及要点卡控；SMC桥梁步行板与传统材料步行板的性能对比分析；SMC桥梁步行板的现场应用状况及效果评价；SMC桥梁步行板应用中存在的问题及改进建议。

研究方法采用文献研究法、对比分析法、案例分析法和实地调研法相结合的方式：通过文献研究梳理SMC复合材料的相关理论和铁路桥梁步行板的行业标准；通过对比分析法，从重量、强度、耐候性、维护成本等方面，将SMC步行板与传统水泥、铁艺、橡胶步行板进行全面对比；通过案例分析法，结合柳州、百色等多地工务段的应用案例，分析其应用效果；通过实地调研总结施工过程中的关键技术要点和常见问题，为改进建议的提出提供依据。

SMC复合材料的组成特性及成型工艺

2.1 SMC复合材料的组成

SMC（Sheet Molding Compound）即片状模塑料，是一种以不饱和聚酯树脂为基体，以玻璃纤维为增强材料，加入低收缩添加剂、填料、固化剂、脱模剂、增稠剂等辅助组分，经混合、浸渍、压延等工艺制成的片状模压材料。其主要组成成分及作用如下：

不饱和聚酯树脂：作为SMC复合材料的基体，具有良好的成型性、耐腐蚀性和粘接性能，能够将玻璃纤维等增强材料牢固结合，赋予复合材料基本的力学性能和成型性能。

玻璃纤维：作为增强材料，是SMC复合材料力学性能的核心支撑，能够显著提高材料的弯曲强度、冲击强度和拉伸强度。本文研究的SMC桥梁步行板采用全尺寸长玻纤，进一步提升了产品的承载能力和抗疲劳性能。

低收缩添加剂：用于减少SMC材料在模压成型过程中的收缩率，避免出现翘曲、变形等缺陷，保证步行板的拼接精度和安装稳定性。

2.2 SMC复合材料的核心特性

结合SMC材料的组成及铁路桥梁步行板的使用需求，SMC复合材料具有以下核心特性，能够满足桥梁步行板的严苛使用要求：

高强度与高刚性：SMC复合材料以玻璃纤维为增强材料，经过高温高压模压成型后，具有优异的弯曲强度和冲击强度，其弯曲强度≥170MPa，简支梁冲击强度≥90kJ/m²，集中载荷≥200KG，每平米分布载荷≥1150KG，能够满足检修人员、施工材料及机械设备的通行需求，承载能力优于传统水泥和橡胶步行板。

轻量化特性：SMC复合材料的密度≤1.95g/cm³，相同规格的SMC步行板每平米重量仅为25KG，是传统水泥步行板（每平米150KG）的1/6，铁艺步行板（每平米80KG）的1/3，橡胶步行板（每平米70KG）的1/3左右。轻量化特性不仅降低了运输成本和人工搬运难度，还能有效减轻桥梁的整体负荷，延长桥梁的使用寿命，降低桥梁结构的安全隐患。

优异的耐候性和耐腐蚀性：SMC复合材料具有良好的耐酸碱盐腐蚀、抗紫外线、耐高温、耐低温性能，能够适应铁路桥梁复杂的户外环境，在-45℃~+90℃的温度范围内保持性能稳定，经紫外老化6000小时测试后，仍能保持良好的力学性能，不易出现风化、开裂、锈蚀等问题，使用寿命可达25年以上，远高于传统材料步行板（3~10年）。

SMC桥梁步行板的施工流程与技术标准

4.1 施工准备

SMC桥梁步行板的施工准备工作是确保施工质量和效率的关键，主要包括前期调查、人员安排、工具准备、材料准备四个方面，严格遵循《复合材料桥梁步行板现场安装技术标准及要点卡控》要求。

4.1 前期调查与数据采集

施工前，需对桥梁现场进行全面调查，采集相关数据，确保施工方案科学合理。采集内容包括：步行板支架类型（平面/隔断）和间距、人行道宽度和长度、曲线和直线的长度、桥端两侧引入或延长的长度、避车台的尺寸及分布情况、桥梁伸缩缝的分布情况、人行道现场安装简要情况（单侧/双侧、曲线/直线）等。通过前期调查，可明确现场安装需求，优化施工方案，避免因数据偏差导致材料浪费或安装困难。

4.2 施工流程

SMC桥梁步行板施工流程主要包括原有步行板拆卸、新步行板铺设、连接固定、特殊部位处理及质量检查等环节。首先，使用撬棍、小车等工具拆除原有水泥步行板，拆卸时保留一半步行板，从靠近钢轨侧开始逐步拆除，避免人行道失去支撑影响施工安全，废弃水泥板需及时清运。施工采用“拆铺同步”方式，每拆除3米原有步行板后立即铺设SMC步行板。铺设时从钢轨侧开始，根据桥梁人行道宽度选择相应规格，将窄板布置于两侧、宽板布置于中间，例如1米宽托架可依次铺设250mm-300mm-300mm-150mm步行板，部分步行板可按需要裁切并错缝安装。铺设过程中，每块步行板下方均需设置2个角钢支撑，无法同时跨越2个角钢时应裁切后重新铺设，首尾步行板端头需处理平整。连接固定主要包括齿条防松扣安装、横向连接、纵向连接及与立柱连接。铺设第一块步行板后，在托架角钢处开设长槽孔并安装齿条防松扣，采用M10×60螺钉固定。横向连接采用锲口式结构，每块步行板设置6颗横向连接扣，使用M8×40厌氧胶螺钉连接。纵向连接采用搭接凸台式设计，使用M10×60厌氧胶螺钉固定，其中150mm宽步行板采用1颗螺钉，其余规格采用2颗螺钉。步行板铺设完成后，采用栏杆固定扣及自钻螺钉与桥梁立柱连接，每间隔一跨安装1个固定扣，以防止横向窜动。

4.3 施工技术要点卡控

为确保施工质量可控，需严格卡控以下施工技术要点：

1. 前期调查和数据采集必须全面、准确，确保材料准备和施工方案科学合理，杜绝因数据偏差影响施工进度和质量。

2. 施工前，需对物料、辅件及安装工具进行严格检查，不合格物料不得上道安装，损坏工具及时更换补充。

3. 步行板拼接时，需选择合适规格的产品，确保拼接次数最少、连接最牢固，同时满足排水、泄风要求。

4. 连接螺栓的选择和使用必须规范，确保点胶位与嵌件丝扣结合到位，支架扣件、步行板之间连接紧密，不变形、不走样。

5. 当桥梁支架高低不平时，需在支架与步行板之间加装减震垫，减少缝隙，确保步行板贴合牢固。

6. 步行板横向连接时，需根据桥梁支架间距进行错位连接，确保卡台贴合紧密；纵向连接时，需预留伸缩间隙，适应热胀冷缩需求。

7. 施工完成后，需进行逐个检查，保障每一项施工环节都符合技术标准，质量达标。

SMC桥梁步行板与传统材料步行板的性能对比分析

5.1 对比对象与对比指标

本次对比选取传统常用的水泥步行板、铁艺步行板、橡胶步行板作为对比对象，与SMC高强度复合材料步行板进行全面对比，对比指标涵盖重量、力学性能、耐候性、安装便捷性、维护成本、使用寿命等核心指标。

5.2 具体对比分析

对比指标	水泥步行板	铁艺步行板	橡胶步行板	SMC高强度复合材料步行板
重量（每平米）	150KG	80KG	70KG	25KG
弯曲强度	差（≤50MPa）	好（≥100MPa）	差（≤30MPa）	优（≥170MPa）
抗冲击强度	差（≤20kJ/m²）	好（≥60kJ/m²）	差（≤15kJ/m²）	优（≥90kJ/m²）
耐候性、耐腐蚀性	一般，易风化、开裂	一般，易锈蚀	差，易老化、腐蚀	优，抗紫外线、耐酸碱盐腐蚀
承载能力	一般（分布载荷≤800KG/㎡）	好（分布载荷≤1000KG/㎡）	一般（分布载荷≤600KG/㎡）	优（分布载荷≥1150KG/㎡）
物流成本	高，重量大，运输难度大	高，重量较大，易锈蚀需特殊包装	高，易老化需特殊防护	较低，重量轻，运输便捷
安装便捷性	差，重量大，安装效率低，对尺寸要求高	差，重量较大，安装繁琐，需现场焊接	差，易变形，安装精度要求高	优，重量轻，可裁切，拼接便捷，无需焊接
维护成本	高，需经常修补、更换，年维护成本高	高，需定期除锈、喷漆，维护频繁	高，易老化，需频繁更换	低，免维护，使用寿命长，无后期维护成本
使用寿命	3~5年	5~10年	3~5年	25年以上
绝缘阻燃性能	差，不绝缘，不阻燃	差，导电，不阻燃	一般，绝缘性好，但不阻燃	优，绝缘性好，燃烧性能达V-0级

5.3 对比结论

通过上述对比分析可以看出，SMC高强度复合材料步行板在各项核心指标上均优于传统水泥、铁艺、橡胶步行板，具体优势如下：

1. 轻量化优势显著，重量仅为传统水泥步行板的1/6，大幅降低了运输和安装成本，减轻了桥梁负荷，延长了桥梁使用寿命。

2. 力学性能优异，弯曲强度、冲击强度和承载能力均高于传统材料步行板，能够满足铁路桥梁检修作业的严苛需求，安全性更高。

3. 耐候性和耐腐蚀性强，能够适应复杂的户外环境，使用寿命长达25年以上，是传统材料步行板的3~8倍，大幅降低了维护成本和工作量。

4. 安装便捷，可根据现场需求任意裁切拼接，无需焊接和现场钻孔，安装效率高，且不会对桥梁结构造成损伤。

5. 整体稳定性好，板与板、板与支架连接紧密，形成整体结构，防滑性能和绝缘阻燃性能优异，能够有效保障作业人员的人身安全。

综上所述，SMC高强度复合材料步行板能够有效解决传统步行板的诸多弊端，在综合性能和经济性上具有显著优势，是传统桥梁步行板的理想替代产品，适合在铁路桥梁领域大规模推广应用。

SMC桥梁步行板的现场应用状况及效果评价

6.1 应用范围概述

SMC高强度复合材料桥梁步行板已广泛应用于全国多个铁路局集团的普速铁路和高速铁路桥梁，南宁局涵盖柳州、百色、桂林等多个工务段，应用场景包括钢梁桥、混凝土桥、避车台、人行通道等，涉及桥梁类型多样，环境条件复杂（包括高温、低温、高湿度、强腐蚀等环境）。

主要应用案例包括：柳州工务段焦柳线六孟2号，河口1号，大绿1、2、3、4号，麻石等7座，黔桂线新湘、田洞2号等2座，共计9座。，累计安装步行板近千米，应用效果得均较为理想。

参考文献

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