基于复合梁的环氧沥青混凝土的断裂准则研究

基于钢桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入裂缝尖端位移CTOD参数分析环氧沥青混凝土复合梁三点弯曲梁试验,研究了温度对钢桥面铺装断裂特性的影响。试验结果表明,环氧沥青混凝土铺装断裂韧度CTODc与温度成正比,同一温度下平行试验得到的CTODc离散性较小。因此,CTOD参数有可能成为钢桥面铺装失稳断裂的参数,可用于评价钢桥面铺装的抗裂性能。     

环氧沥青混凝土钢桥面铺装的弯曲特性

采用理论分析与室内试验相结合的方式，研究了环氧沥青混凝土钢桥面铺装的弯曲特性。首先采用有限元方法分析了正交异性钢桥面铺装的变形特性，然后完成了3根环氧沥青混凝土铺装复合梁试件在弯曲荷载作用下的应变分布测试，以及一15—70℃温度条件下复合梁试件静、动载挠度的测试。结果表明，正交异性钢桥面及其铺装层的局部变形特性可用简支复合梁试件模拟，应变沿环氧沥青混凝土铺装复合梁截面高度的分布为线性，环氧沥青混凝土铺装层与钢板界面上应变不连续，温度对复合梁挠度的影响为S形分布，对动静载挠度比的影响为V形分布。     

基于黏弹性力学分析和线性累积疲劳损伤理论的钢桥面铺装疲劳寿命预估

对常用于钢桥面铺装表层的SMA沥青混凝土和环氧沥青混凝土进行-10℃、0℃和15℃四点弯曲疲劳试验,得出疲劳曲线和疲劳方程;使用动态剪切流变仪(DSR)、Q800动态热机械分析仪(TMA)和UTM-25伺服液压系统对SMA沥青混凝土、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、Eliminator防水黏结层、环氧沥青和改性乳化沥青等常用钢桥面铺装材料进行动态力学试验,获取黏弹性力学参数,并进行有限元数值模拟,得出荷载温度耦合作用下铺装表面最大横向弯拉应变.计算江西九江长江公路大桥不同温度区域下的交通量,根据线性累积疲劳损伤理论预估钢桥面铺装的使用寿命.结果表明:环氧沥青混凝土铺装结构疲劳寿命预测结果优于浇注式沥青混凝土铺装结构,后者更适合于北方寒冷地区的气候条件,双层环氧沥青混凝土增加Eliminator防水黏结层后能显著提高其使用寿命.     

钢桥面环氧沥青混凝土铺装层Ⅰ型裂缝的断裂判据

基于桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入应力强度因子K和J积分对环氧沥青混凝土三点弯曲梁试验进行分析,研究了温度和初始缝高比对其断裂特性的影响。根据不同断裂特性,计算得到了环氧沥青混凝土断裂韧性KIC和J积分临界值JIC;并研究了初始缝高比对断裂参数的影响,建立了环氧沥青混凝土K-J双参数联合断裂判据。结果表明：环氧沥青混凝土在-15℃～5℃时发生脆性断裂;在5℃～25℃时发生弹塑性断裂;所建立的断裂判据可为桥面铺装的抗裂设计提供依据,并为铺装结构的裂缝修补时机研究提供参考。     

超高性能混凝土钢桥面铺装疲劳性能试验研究

为研究新型超高性能混凝土钢桥面铺装结构的疲劳性能,采用五点加载复合梁疲劳试验对其进行测试.参照常规复合梁试验方法,结合新型铺装结构特点,对试件尺寸、应力水平和破坏准则进行了修正.试验结果表明,该新型铺装结构疲劳性能优良,环氧黏结层首先发生疲劳破坏,试验过程中复合梁刚度没有明显退化,试验结束后试件仍保持较高的剩余承载力.通过试验获得了适用于该种新型铺装结构梁的疲劳S-N曲线,可为同类钢桥面铺装设计提供参考.     

用能量法分析钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性

介绍了沥青混合料的滞后回路方程和能耗分析方法,并用能量法分析了钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性, 提出了疲劳寿命预测公式。通过南京长江第二大桥钢桥面铺装体系疲劳试验结果的实例分析,表明能量法可用于分析钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性,其疲劳寿命预测结果是较为精确的,而且指出了环氧沥青混凝土铺装具有很好的抗疲劳性能。     

基于能耗法的水泥混凝土桥梁铺装层复合结构疲劳特性分析

能量法为分析沥青混合料疲劳特性的有效方法之一,应用于分析水泥混凝土桥面铺装复合结构的疲劳特性。首先,介绍了沥青混合料的能耗分析方法;其次,根据铺装复合结构设计原理,推导得到基于能耗原理的疲劳寿命方程;最后,通过复合梁3点弯曲疲劳试验,得到能量法参数及相关回归系数,可以预测不同轴载作用下铺装体系的疲劳寿命。结果表明:采用能耗法建立的铺装层疲劳方程可写为能耗(W0)-寿命(N f)形式;研究成果对建立水泥混凝土桥面铺装层疲劳设计理论和方法,有效预估水泥混凝土桥面铺装层使用寿命,具有较强的理论意义与应用价值。     

环氧沥青混合料疲劳衰变特性试验

为获取钢桥面铺装环氧沥青混合料的疲劳衰变特性,首先基于正交异性桥面板-铺装层组成的复合结构模型,计算出标准胎压、超载50％以及超载100％胎压作用下铺装层的最大拉应变,作为疲劳试验应变水平的选取标准;然后,采用小梁四点弯曲疲劳试验对3组不同温度和不同应变条件下的环氧沥青混合料疲劳性能进行测试;最后,利用威布尔公式对不同温度与应变条件下的环氧沥青混合料疲劳寿命与疲劳裂纹扩展时的作用次数进行预测.结果表明:环氧沥青混合料初始模量大小仅与温度相关,与应变水平无关;在10℃和20℃时,1.38 MPa以下胎压以及30℃时0.7 MPa胎压作用500万次均不发生疲劳破坏;30℃时,1.1 MPa和1.38 MPa胎压分别作用66 833次和35 480次出现疲劳损坏现象;相同应变作用下,试验温度越低,小梁疲劳破坏越快;环氧沥青混合料疲劳曲线可明显分为试验设备稳定、疲劳裂缝启裂、疲劳裂缝扩展3个阶段.研究结果可为环氧沥青混合料铺装疲劳寿命预估以及预防性养护提供理论依据.     

钢桥面组合铺装结构性能研究

通过对包括沥青混凝土的3种组合铺装结构高温稳定性能、低温弯曲性能、疲劳性能以及防水材料性能的综合研究,对比环氧沥青与浇筑式组合结构、与双层环氧铺装结构的性能差异,通过试验验证不同类型的组合铺装结构作为钢桥面铺装的技术性能,提出组合铺装结构作为钢桥面铺装的建议.     

润扬大桥钢桥面铺装实桥试验研究

介绍润扬大桥钢桥面铺装试验桥的方案设计、试验研究、温度测试、交通量调查和使用性能跟踪观测,通过混合料高温车辙试验、低温弯曲试验、复合梁疲劳试验以及拉拔试验等分析实桥试验沥青混合料基本性能,阐述铺装内各层温度梯度分布规律及与大气温度变化关系,通过使用性能跟踪观测介绍浇注式沥青混凝土 环氧沥青混凝土新型铺装结构的工程效果。     

基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装疲劳性能研究

采用损伤-断裂力学的方法,就基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行理论分析。为改善混凝土桥面铺装调平层与铺装层间的黏结、防水性能和避免铺装层早期开裂病害,提出基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装技术。基于黏弹性损伤模型的能量转换方法,对混凝土桥面薄层铺装复合结构的应力场、应变场及损伤场分布状况和演变规律进行研究。同时,建立了结构的疲劳寿命理论预测公式。结合沪苏浙高速公路江苏段三白荡特大桥桥面铺装实体工程,对基于环氧沥青黏结层的沥青混凝土铺装层疲劳寿命预估模型进行现场验证。结果显示,基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装具有很好的抗疲劳性能。     

钢桥面铺装材料粘弹性及疲劳损伤特征的试验研究

对环氧沥青混凝土、SBS改性沥青SMA及Rosphalt沥青混凝土等钢桥面铺装材料进行了试验比较分析,分别对材料的弯拉模量、滞后角等参数和疲劳性能进行了试验研究,试验分析表明环氧沥青混凝土的粘弹性及疲劳性能与普通沥青混凝土具有显著差异,环氧沥青混凝土表现出较显著的弹性特点,疲劳性能表现出非线性特征,并分析了环氧沥青混凝土性能优化设计问题.     

钢桥面铺装材料粘弹性及疲劳损伤特征的试验研究

对环氧沥青混凝土、SBS改性沥青SMA及Rosphalt沥青混凝土等钢桥面铺装材料进行了试验比较分析，分别对材料的弯拉模量、滞后角等参数和疲劳性能进行了试验研究，试验分析表明环氧沥青混凝土的粘弹性及疲劳性能与普通沥青混凝土具有显著差异，环氧沥青混凝土表现出较显著的弹性特点，疲劳性能表现出非线性特征，并分析了环氧沥青混凝土性能优化设计问题。     

体积设计法环氧沥青混合料在虎门二桥钢桥面铺装的应用

环氧沥青混凝土传统的配合比采用防水性能较好的悬浮密实级配设计,由于钢桥面铺装使用多年及高温重载等恶劣的使用条件,不少正交异性板钢桥面铺装使用不久后就出现了抗滑性差及疲劳开裂等病害。为了提高环氧沥青混凝土铺装的使用寿命,通过提高部分粗集料的性能指标,加强集料的精细化加工工艺,采用体积设计法(CAVF)对环氧沥青混凝土的配合比级配设计进行优化,通过试验路铺筑确定精确的施工工艺参数,大幅提高钢桥面沥青混凝土铺装质量,使钢桥面铺装层的使用寿命得到有效延长,为后续工程施工提供借鉴。     

闵浦大桥环氧沥青混凝土铺装施工时温节点研究

针对闵浦大桥环氧沥青混凝土钢桥面铺装工程,根据环氧沥青的性能特点,通过室内试验对环氧沥青混凝土的时温节点进行研究,确定了环氧沥青的粘度发展规律、容留时间范围、强度增长规律．研究结果表明环氧沥青满足闵浦大桥钢桥面铺装的施工技术要求。研究成果可为即将进行环氧沥青混凝土铺装的大跨径钢桥面施工提供技术指导。     

水泥混凝土桥梁长寿命桥面铺装层复合结构疲劳特性

为了构建疲劳性能优异的水泥混凝土桥梁长寿命铺装结构,借鉴长寿命沥青路面设计的基本思路,选取3种铺装复合结构方案,采用应变控制的四点弯曲疲劳试验,并基于Weibull分布理论对复合结构的疲劳特性进行分析,建立长寿命桥面铺装复合结构双对数疲劳预估方程。研究结果表明：3种铺装复合结构的疲劳寿命均服从双参数Weibull分布;在失效概率为0.1时,复合结构上面层同为AC,下面层采用环氧沥青混合料（EAM）代替SMA后,其疲劳性能得到提高,复合结构下面层同为EAM,上面层采用SMA代替AC后,疲劳性能得到再次提高;＂EAM＋SMA＂的组合具有较好的抗疲劳性能,同时满足长寿命桥面铺装的结构最优设计特点,为今后长寿命桥面铺装相关研究提供了基础。     

钢桥面铺装组合结构疲劳试验研究

桥面铺装是钢桥面行车体系的重要组成部分,桥面铺装质量的好坏直接影响行车的安全性和舒适性.针对"浇筑式沥青混凝土+环氧沥青混凝土"的钢桥面铺装方案,选择更易于引起铺装脱层及开裂的试验加我方法,分别对3种铺装组合结构进行疲劳试验,比较不同组合结构的性能,得出试验结论.试验结果时于大型钢桥面的组合铺装具有借鉴意义.     

环氧沥青混凝土钢桥面铺装层增柔改性技术研究

环氧沥青混凝土钢桥面铺装在固化后比较脆硬,与钢桥面板的变形协调性较差,同时在温度急剧降低时,环氧沥青混合料因其模量很高一般会产生较大的温度内应力,受到车辆交通荷载作用时容易引起桥面铺装层开裂破坏.为此,笔者提出以柔量作为环氧沥青混凝土柔性的评价指标,通过橡胶颗粒来改善环氧沥青混凝土的柔韧性.在材料试验机(MTS810)上进行控制应力低温小梁弯曲试验,研究结果表明,试验所用环氧沥青其橡胶颗粒的最佳掺量为2.1％,此时小梁的柔韧性得到显著改善,其破坏形式由改性前的瞬间脆断变为裂缝逐渐扩展,这对于改善桥面铺装层长期性能具有一定的参考价值.     

大跨径钢桥沥青铺装层裂缝行为研究进展

综合国内外最新研究成果,对大跨径钢桥面沥青铺装层的裂缝行为展开了全面的分析,介绍了断裂力学相关理论,基于断裂力学理论采用室内试验与数值模拟手段研究了铺装层疲劳开裂,综述了裂缝行为机理以及裂缝几何因素(缝长、缝深)、铺装体系(铺装层、正交异性板、黏结层)及外界环境(温度、重载及超载、水)对铺装层裂缝行为的影响。研究结果表明,铺装层疲劳裂缝的研究方法主要有三点弯曲梁试验、楔入劈裂试验的室内试验与数值模拟,以及钢桥面铺装层体系足尺3D有限元模拟方法,运用离散元虚拟模型的细观分析方法对裂缝行为机理的研究较室内试验更好,且3D模型效果较2D更优;总体而言,铺装层裂缝扩展速率随裂缝长度、深度的增加而增大,外界荷载的持续作用使铺装层处于更加不利的工作状态,优化铺装体系设计可以延缓铺装层裂缝扩展速率。研究结果可为钢桥面沥青铺装的抗裂设计及后期维修养护工作提供参考依据。     

钢桥面铺装材料疲劳性能研究

针对钢桥面铺装层容易出现疲劳开裂与车辙破坏的特点,提出采用4种有代表性的铺装层沥青混合料,通过应变控制模式下的四点弯曲疲劳试验方法,研究其疲劳特性以提高钢桥面铺装层的抗疲劳耐久特性和高温稳定性。通过多个应变水平下的疲劳试验,分析了沥青混合料劲度模量与改性沥青品质、疲劳寿命、滞后角的关系,验证了疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下的线性关系,得出不同改性沥青混合料的疲劳曲线和疲劳方程。不同的铺装层材料很难建立相同的疲劳预测模型,只能根据直接的疲劳试验获得混合料的抗疲劳耐久特性。