混凝土桥沥青铺装层病害的机理分析与对策研究

水泥混凝土桥沥青铺装层没有专门的设计方法，主要沿用路面沥青混合料的设计，而桥面铺装层的受力特性决定了这一结构的特殊性。以某大跨径斜拉桥为背景，通过力学计算，分析了不同模量比条件下铺装层荷载应力状态。说明了混凝土桥沥青铺装层常见破坏类型产生的原因以及如何为混凝土桥设计和选择经济、合理的沥青铺装层材料，使得铺装各层的模量总体上更加协调，改善铺装层的受力状态，延长铺装层的使用寿命。     

大跨PC连续刚构桥主梁温度梯度下的应力分析

为深入研究大跨PC连续刚构桥主梁温度梯度下的应力状况,以某(45+2×80+45)m大跨PC连续刚构桥为工程背景,分别分析了混凝土铺装和沥青铺装下不同顶板厚及不同铺装层厚主梁温度梯度下的应力状况。研究结果表明:(1)同等条件下混凝土铺装产生的温度梯度应力为沥青铺装的1.3～1.8倍;(2)主梁顶板厚度变化对其温度梯度应力影响很小;(3)一定厚度范围内的沥青铺装,主梁温度梯度应力随铺装层厚度增加而减小,厚度增加1cm其正温差工况温度梯度应力减少0.4 MPa左右,负温差工况温度梯度应力减少0.2 MPa左右;(4)沥青铺装层厚度增加,其温度梯度应力减少值较其自重应力增加值要大,单从温度梯度应力方面考虑,较厚的沥青铺装可使主梁应力状态更优,综合考虑施工方便、经济合理等因素,沥青铺装以8～9cm为宜。     

钢桥面铺装层弹性模量与铺装层厚度对铺装体系受力影响分析

采用美国环氧沥青、日本环氧沥青两种钢桥面铺装材料在不同厚度下分析铺装层受力变形规律。推导出铺装层最大拉应力、剪应力与弹性模量、铺装层厚度的数学模型。结果表明：铺装层最大拉应力、剪应力同铺装层弹性模量均可用多项式4次方程拟合,铺装层表面横向最大拉应力随着铺装层厚度的增加而减小,横向最大层间剪应力不随铺装层厚度增加而减小,而是在铺装层厚度处在40～50 mm之间有一个峰值,而后随厚度的增加而逐渐减小。     

沥青混凝土桥面铺装层间应力研究

为了减缓沥青混凝土桥面铺装病害,应用有限元软件ANSYS,通过建立8结点实体单元有限元模型,对沥青混凝土桥面铺装层间应力进行了分析。计算结果表明:沥青混凝土铺装厚度和模量、防水粘结层厚度和模量对铺装层间应力影响显著;层间应力随着超载比例的增加呈线性增长;水平荷载对横桥向剪应力影响较大。因此,在桥面铺装层设计和施工中,应选择合适的沥青混凝土铺装层材料和防水粘结层材料,并选择合理的厚度;运营过程中应严格控制超载和车速。     

高弹性桥面铺装表面冰层破坏形式及破冰效果研究

计算分析了不同桥面铺装层在荷载作用下表面冰层应力应变及应变能密度分布,根据强度理论能能量法确定了桥面冰层破坏形式,提出以破冰率Rbreak作为破冰效果定量评价指标并分析了铺装层模量、厚度和冰层厚度对Rbreak影响,得到的主要结论:采用橡胶颗粒沥青混合料高弹桥面铺装层可实现桥面冰层破坏,且冰层破坏形式为受压破坏;高弹性铺装层厚度达到4cm时具备破冰条件,随橡胶颗粒沥青混合料桥面铺装厚度的增加,破冰率Rbreak呈抛物线增长;铺装层模量在700MPa～900MPa时,破冰率Rbreak达40%以上,随铺装层模量增加破冰率呈线性降低;橡胶颗粒高弹性桥面铺装层仅在结冰初始阶段(厚度≤2mm)可达到的除冰效果,冰层厚度持续增加或温度持续降低破冰效果急剧下降。     

沥青混凝土钢桥面铺装方案受力分析

采用有限元方法分析在车轮荷载作用下正交异性钢桥面铺装层力学响应,研究铺装上、下层不同的厚度及模量组合对铺装层力学控制指标的影响以及不同铺装方案在超载情况下的铺装层受力状况。研究表明:铺装厚度对于层间剪切应力影响较大,铺装上层的材料模量对于铺装表面的最大拉应力影响较大,铺装下层的材料模量对于层间剪切应力影响较大。研究结果可以为正交异性钢桥面铺装设计提供理论依据。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。     

正交异性钢桥面铺装层受力分析

研究和分析正交异性钢桥面铺装层的受力状态,可以为桥面铺装设计提供必须的理论依据和设计指标;研究在车载作用下,沥青混凝土铺装层的应力应变分布变化规律及与钢板的粘结性能,同时考虑了沥青混凝土模量和加载位置对铺装层受力的影响.     

大跨径钢桥面铺装层动力响应研究

为了揭示钢桥梁桥面沥青混凝土铺装的实际受力特性,利用有限元方法对大跨径正交异性钢桥面铺装层的瞬态动力学响应进行了分析和计算。在不同层间接触条件时,对铺装层静力和动力响应计算结果分析的基础上,着重对完全光滑条件下不同加载周期、不同铺装层模量以及不同铺装层厚度等对铺装层动力响应的影响进行了探讨。结果表明,完全光滑和完全连续接触条件下铺装层的动力响应截然不同,完全光滑时铺装层的最大拉应力为完全连续时的近10倍;加载周期及铺装层模量对铺装层的动力响应影响不显著;铺装层厚度对铺装层动力响应影响较大,当铺装层与钢桥面板之间完全滑动时,6 cm左右的铺装层厚度是最不利的。与静力学计算结果相比,动力计算结果更加接近实际情况。     

混凝土桥面沥青铺装层厚度、模量设计参数分析

基于有限元分析方法,建立实体模型,首先对比分析了不同铺装层厚度下剪应力的变化,然后通过改变铺装层的模量以及上下两层的模量比,分析了模量以及模量比的改变对铺装层剪应力的影响。分析得出的沥青桥面铺装厚度与模量的设计参数对指导混凝土桥面沥青铺装的设计有很大的帮助。     

正交异性钢桥面新型复合铺装结构研究

针对正交异性钢桥面存在的主要破坏形式,提出其铺装层相应的4个主要设计指标:铺装层表面拉应力、铺装层与钢桥面板层间剪应力、铺装层垂直压应变和铺装层剪应力。利用有限元方法,以铺装层与含加劲肋和纵横隔板的正交异性钢桥面局部梁段作为计算对象,进行有限元分析,分析各个设计指标随铺装过渡层模量和铺装层厚度的变化规律。首次提出以水泥基材料为过渡层、焊钉为剪力连接件和SMA13为表层的新型复合铺装系统,并进行了热相容试验、高温复合车辙试验和复合梁疲劳试验等一系列小型试件试验研究。研究结果表明,增大铺装过渡层模量或适当增加铺装层厚度,有助于降低正交异性钢桥面板的应力和应变,使铺装层总体受力越有利;与传统双层沥青混凝土铺装结构相比,新型复合铺装系统性能更优越。     

T型混凝土梁桥桥面铺装的有限元分析

沥青混凝土桥面铺装与一般沥青混凝土路面在受力模式上完全不同。采用有限元方法对常见的T型混凝土公路桥桥面沥青混凝土铺装做力学分析。通过分析荷载在桥面不同位置的响应规律,得到T型梁桥桥面铺装的最不利受荷位置为支座端纵向接缝处;其次,通过分析沥青混凝土铺装层的厚度变化对于受力状态的影响规律,得出厚度的增加虽能减少层间剪应力,却会增大面层拉应力。分析的结果可作为进一步分析桥面铺装受力规律的基础。     

连续刚构桥桥面铺装局部分析

本文有针对地选取连续刚构桥沥青混凝土桥面铺装层最不利荷载位置,分别以最大水平拉应力、最大竖向拉应力和最大剪应力为控制指标,获取沥青混凝土桥面铺装层受铺装厚度、混合料模量及超载等因素的线性影响规律,从而为连续刚构桥沥青混凝土桥面铺装层的设计施工提供参考依据。     

沥青混凝土桥面铺装层力学性能的理论与数值研究

应用层状弹性体系力学理论,对沥青混凝土铺装层结构体系在轮载作用下的应力响应进行了分析,然后结合河南重阳水库大桥实际工程,应用ANSYS有限元程序进行数值分析。得到铺装上、下层不同厚度及模量组合对铺装结构应力响应的影响,研究结果可为混凝土桥面沥青混凝土铺装层设计及施工提供理论依据。     

重载交通条件下铺装层动态模量对正交异性钢桥面板疲劳的影响

以多温度条件下钢桥面铺装动态模量对比试验为基础,依托武汉军山长江大桥钢桥面铺装维修工程,建立了钢箱梁正交异性板有限元分析模型,研究重载交通条件下、不同温度时,铺装层动态模量变化对正交异性板疲劳性能的影响。结果表明,温度升高将引起铺装层动态模量的衰减,导致正交异性钢桥面板受力大幅增加。SMA铺装体系中,高温(55℃)条件下正交异性板疲劳应力幅较常温(25℃)提高21.6%～71.5%。采用ERE环氧沥青混凝土铺装相比原路面,高温条件下钢板疲劳应力幅降低16.5%～40.8%,常温条件下降低17.6%～66.03%,对延长钢板疲劳寿命有积极作用。同时,提高铺装层动态模量对正交异性钢桥面顶板疲劳性能影响最大,对横隔板影响最小。     

基于蒙特卡洛法的钢桥面沥青铺装可靠度有限元分析

针对正交异性钢桥面沥青铺装存在的开裂和层间剪切滑移等主要破坏形式,以正交异性钢桥面局部梁段为研究对象,采用数值模拟方法,利用ANSYS整体分析各个参数的变异性对沥青铺装层表面拉应力σ和沥青铺装层与钢桥面板层间剪应力τ的影响,得到σmax、τmax累计分布函数曲线和最大应力与各变异性参数的相关灵敏度。结果表明,以σ为控制指标时,σmax对各参数变异性的敏感程度从大到小的顺序为沥青铺装层厚度h1、沥青铺装层模量E1、荷载P、防水粘结层厚度h2、防水粘结层模量E2;以τ为控制指标时,τmax对各参数变异性的敏感程度从大到小的顺序为P、E1、h1、h2、E2。     

层间接触时空心板桥铺装层应力分析

利用ANSYS软件对空心板桥模型进行了计算分析,该空心板桥模型的桥面铺装层间采用接触方式。文中分析了空心板桥横坡变化、铺装层厚度变化、铺装层弹性模量变化以及层间黏聚力变化对铺装层中各层应力的影响。计算结果表明:增加横坡坡度,调平层和沥青混凝土层的纵向剪应力明显增大;增加调平层厚度,沥青混凝土层和防水层的应力明显变化;增加调平层弹性模量,调平层的应力明显增加;增加防水层厚度,防水层纵横向拉应力都会减少;增加防水层弹性模量,防水层应力有明显增加,沥青混凝土层各应力明显减少;当沥青混凝土层厚度不大于12cm时,铺装层各层多数应力随沥青层厚度增加而减小;增加沥青层弹性模量,防水层纵横向拉应力明显减少,沥青层应力增加明显;当层间黏聚力大于0.125 MPa时,铺装层各层应力以及层间应力基本保持不变。     

复合浇注式铺装结构在钢桁架桥上的应用研究

为研究复合浇注式沥青铺装在双层桁架梁公路桥上的力学使用条件,文中结合五峰山大跨度公铁两用悬索桥钢桥面铺装工程,采用有限元软件ABAQUS对桥面铺装进行三维数值模拟计算。结果表明,最不利荷位纵向位于相邻两横隔板中间、横向位于荷载侧边缘正对于U肋侧板上方;铺装表面、铺装层间及铺装底面的剪应力随着荷载的增大而增长;增大模量可以有效提高铺装层抗车辙能力;随着铺装上层厚度减小、铺装下层厚度增大,铺装表面受力条件得到改善,但对铺装层间受力要求趋于严苛;增加钢板厚度,铺装层受力条件得到改善。     

简支梁桥桥面连续结构力学特性理论分析

针对简支梁桥桥面连续结构易出现开裂、漏水和啃边等常见的病害问题,基于线弹性理论,采用结构力学方法推导了在汽车活载与温度效应联合作用下桥面连续结构的应力求解公式,并以某工程实例为算例,利用ABAQUS有限元软件对所推导的应力公式进行了验证。通过对桥面连续结构受力性能的综合分析,得出其主要影响因素有桥面连续结构的厚度、无黏结段长度和所用材料种类。最后,对这些影响参数进一步分析,得出了上述各参数对连续桥面结构受力和跨中挠度的影响程度以及影响桥面连续结构受力的最显著参数。结果表明:推导得到的桥面连续结构简化计算公式能够较精确地计算结构在汽车活载、温度效应等作用下的受力特征;随着铺装层厚度的增大,桥面连续段混凝土铺装层上、下表面的受力均有较大幅度的减小,上表面最大受力与厚度大致呈线性关系;当采用沥青混凝土与不采用沥青混凝土的桥面铺装层构造时,两者上表面最大主拉应力基本相同,但后者的下表面最大拉应力远大于前者;铺装层选择沥青混凝土面层与混凝土现浇层的组合设计较为合理;增加混凝土铺装层厚度和设置无黏结段是较为有效的改进方案,其中以设置无黏结段效果最好;每跨的无黏结段长度设为跨长的5%左右能够显著减小桥面连续结构的最大拉应力;研究结果可为简支桥梁桥面连续结构的受力计算及较为精确的设计方法提供理论指导。     

设防水层的混凝土桥沥青铺装结构

选取典型实心板、T梁、箱梁三种桥梁形式,用有限元法分析不同桥型在简支和连续几跨边界条件、承受汽超 20作用下沥青铺装层的不同受力特征;主要计算铺装层拉应力,接触层间剪应力和法向拉拔力。针对典型的箱梁,比较分析铺装层和桥面板间完全连续和滑动摩擦接触;直线梁桥和曲线梁桥的铺装;平坡桥和设有纵坡桥梁的铺装;分析了应力对铺装厚度的敏感性,提出沥青铺装设计指标。