基于层间接触的钢桥面铺装力学分析

针对钢桥面铺装常用的双层异质结构,采用通用有限元软件建立局部钢箱梁模型,考虑在不同的层间接触条件和温度影响下,钢桥面铺装体系的力学响应,据此为钢桥面铺装层间处理设计与施工提供理论依据。结果表明:铺装上下层间剪应力始终大于铺装层底,且两者均只受下层底与钢板间摩擦因数影响;常温下,铺装体系易出现脱层,且上下层间脱层的风险更大;高温下铺装上层表面易出现推移,上层内部易出现永久性剪切变形病害,下层底易出现脱层。     

环氧树脂沥青在双塔不对称斜拉桥钢桥面铺装层的应用研究

为保证大跨度钢桥面的行车质量及使用寿命,必须加强其桥面铺装层的材料性能、与结构的适宜性、施工的便利性及经济性研究。以湖北省内主跨为820m的双塔不对称混合梁斜拉桥为例,针对大桥的使用条件及所处位置的气候特征,调研分析了此类钢桥面铺装特点及病害类型,对比分析各桥梁铺装层的使用现状,选用下层EA+上层改性SMA双层铺装方案;结合环氧树脂沥青路用性能试验,针对该桥钢桥面环氧树脂沥青铺装的设计与施工进行了研究。经检测,表明桥面铺装方案合理可行。     

沥青混凝土铺装层对桥面结构力学性能影响的有限元分析

采用有限元法,分析了沥青混凝土铺装层对桥面结构力学性能影响,结果表明,铺装层最大横向拉应变和拉应力均比最大纵向应变及拉应力大很多,且在沥青混凝土上表面出现;纵向最大拉应力要比横向最大拉应力明显小;铺装下层拉应力要比铺装上层拉应力小,横桥向最大拉应力比纵桥向最大拉应力要明显大;在行车荷载作用下,荷位对铺装各层剪应力影响较小。层间最大横向剪应力要比层内的最大剪应力、层间纵向最大剪应力大很多,横隔板支撑作用随着荷位不断向横隔板靠近越来越明显,这为桥面铺装设计规范化的发展积累提供了参考。     

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。     

水泥混凝土桥面环氧沥青桥面铺装应力分析

针对预应力混凝土连续刚构桥,进行环氧沥青桥面铺装力学分析。按照弹性层状体系理论建立力学分析模型,采用在车辆荷载作用下的有限元计算方法,分析桥面铺装层中的最大拉应力、最大剪应力和最大应变,并分析了在不同铺装层厚度、不同模量及不同荷载情况下对应力与应变的影响,最后得出竖向拉应力大于水平向拉应力、横桥向剪应力大于顺桥向剪应力,以及汽车超载将导致铺装层早期损坏的研究结论。     

莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装力学响应状态分析

根据莫桑比克马普托大桥结构条件参数及桥面铺装初步设计方案,采用Abaqus有限元软件,建立钢桥面铺装局部分析模型,确定桥面系最不利荷位,并对不同工况条件下钢桥面铺装层横、纵向最大拉应变、最大纵向变形、最大剪应力等进行计算分析。结果表明,马普托大桥钢桥面最不利荷位位于跨中区域,钢桥面铺装最大拉应变达到834×10-6,最大剪应力达到0.769 MPa。     

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.     

热轧纵肋与传统纵肋正交异性钢桥面铺装层受力特性对比研究

为研究热轧纵肋正交异性钢桥面板铺装层的受力特性,首先建立了钢桥面铺装体系的精细化有限元分析模型,进行多轮位工况下的仿真分析,得到铺装层主要设计指标(表面最大拉应力、层底最大剪应力及最大竖向压应变)对应的最不利荷位,并与传统纵肋钢桥面铺装模型进行比较。对热轧纵肋钢桥面铺装层主要设计指标进行构造参数局部敏感性分析,得出各指标的主要影响参数。研究结果表明:当采用相同铺装方案时,热轧纵肋钢桥面铺装层最大竖向压应变相对传统纵肋钢桥面铺装层的更小,从而表现出更好的抗车辙能力;铺装层弹性模量、铺装层厚度与顶板厚度对各设计指标影响较大,而横隔板厚度与纵肋肋底厚度的影响较小。     

滨州黄河公路大桥桥面铺装设计与施工

将桥面板、横隔板、直腹板和沥青混合料铺装层作为统一的力学分析模型,采用三维有限元法对桥面铺装的铺装层内部拉应力、层间剪应力以及其表面的最大竖向位移进行计算,分析滨州黄河公路大桥桥面铺装体系的力学特性和应力变化规律,模型分析结果表明:防水结合层对于桥面铺装最为重要,在沥青混合料中加入增强纤维能显著增加结构的疲劳寿命,并对疲劳寿命最长的组合提出了建议。     

钢桥面铺装粘弹性力学分析

由动态力学试验数据通过粘弹性力学关系式转换,得到用Prony级数进行数值表征的广义Maxwell模型参数。在此基础上,以九江长江公路大桥为例,通过有限元建模,模拟分析荷载-温度耦合作用下钢桥面铺装面层表面的应变状态,计算得到典型温度下4种铺装结构表面最大横向弯拉应变及其分布特征。结果表明,某温度下的一个加载过程中,任一荷位出现最大表面横向弯拉应变的位置在横断面上的分布是不同的,而双层环氧沥青混凝土铺装结构增加Eliminator防水粘结层可有效降低铺装表面最大横向拉应变。     

正交异性钢桥面板第一体系受力状态对铺装层的影响

针对不同桥型主梁上正交异性钢桥面铺装层破坏的差异，采用预应力模拟正交异性钢桥面板的第一体系应力，用有限元方法计算作用有不同预应力水平的局部正交异性钢桥面系在标准轴载作用下的力学响应。得到了局部桥面系铺装层的各控制指标值分别随预应力水平的变化关系。结果表明，第一体系纵向正应力对铺装层表面最大纵向拉应变影响显著，第一体系横向正应力对铺装层表面最大横向拉应变影响较大，而第一体系应力状态对最大肋间相对挠度的影响很小、对层间最大剪应力基本没影响。     

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。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究

为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料。     

大跨径斜拉桥设纵隔板对钢桥面铺装力学特性的影响

利用通用有限元ANSYS软件,计算分析大跨径斜拉桥设纵隔板对钢桥面铺装力学特性的影响,并分析纵隔板两侧加劲肋刚度对钢桥面铺装受力的敏感性.结果表明,铺装层表面最大横向拉应力/应变最不利荷位是荷载对称施加于一加劲肋正上方且紧靠纵隔板一侧,该荷位作用下计算加劲肋的挠跨比控制在要求的1/800～1/1 700范围内;铺装层表面最大纵向拉应力/应变和最大竖向位移最不利荷位均是荷载施加于相邻两加劲肋中心之间的正上方且跨过纵隔板.同时指出纵隔板上方铺装层表面出现更明显的应力集中,它可以通过改变纵隔板两侧加劲肋刚度得以降低,而且纵隔板上方铺装层表面最大横向拉应力/应变与纵隔板两侧加劲肋刚度有很好的相关关系.     

广东地区典型复合桥面铺装结构有限元分析

针对广东地区复合桥面铺装普遍存在的裂缝、车辙和推移等病害,该文运用有限元软件Ansys,建立带轮胎的典型复合桥面铺装结构实体模型,并进行了铺装层最不利荷载位置的确定和典型复合桥面铺装结构的力学分析。分析结果表明:综合选取3.65 m为铺装层的横向最不利位置,并以此作为荷载作用点进行铺装结构的数值模拟,铺装上层AC拉应力最大值位于轮胎接触表面,其最大横向拉应力值为0.704MPa,最大纵向拉应力值为0.655MPa;铺装下层AC主要受剪,为高温抗车辙的控制层;AC-PCC过渡界面处主要承受横、纵方向峰值均大于0.1 MPa的剪应力。     

基于可靠度指标的桥面铺装层设计参数确定

通过对桥面铺装层力学性能的分析研究,确定对铺装层力学性能与其设计参数的关系,如铺装层最大横向拉应力、最大横向剪应力及其表面最大弯沉与铺装层厚度之间的关系;铺装层最大横向拉应力、最大横向剪应力、最大横向拉应变、最大纵向拉应力、最大纵向剪应力、最大纵向拉应变与铺装层材料弹性模量之间的关系,建立了桥面铺装层可靠度计算模型,确立可靠度指标与铺装层设计参数的关系,为桥面铺装可靠性设计提供依据。     

异形钢桥面铺装受力特征研究

为研究异形钢桥面铺装受力特征,选取典型异形钢桥并采用不同建模方法进行分析,与现场加载试验对比后发现,曲桥模型更为精确。采用曲桥模型分析后发现异形钢桥面铺装的受力特征与常规钢桥面铺装存在较大区别,其受力特征为:随着铺装层弹性模量的增加,最大拉应变处的层顶拉应变值不断减小,层底拉应变不断增大,层底最大剪应力则先增大后减小,之后再增大。     

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。     

钢桥面浇注式沥青+改性沥青SMA铺装结构疲劳抗裂性能评估

为评价钢桥面铺装材料抗疲劳开裂性能,采用四点弯曲试验进行不同温度和应变条件下的高弹改性SMA10疲劳试验,建立不同温度下的疲劳行为方程;通过有限元模型提取铺装层顶面最大弯拉应力,计算SMA10在不同温度区间疲劳损伤度,建立钢桥面铺装疲劳开裂预估模型。研究结果表明,温度和应变对钢桥面铺装开裂影响显著;温度每升高10℃,高弹改性SMA10的疲劳寿命提高4~5倍;应变条件和疲劳寿命之间具有很好的指数函数关系,其相关性系数均大于0.9;通过预估模型结果表明,浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青SMA10结构的疲劳开裂寿命为16年,其预估结果为钢桥面铺装方案的选择提供了理论依据。     

钢箱梁桥面铺装体系构造参数对铺装层应力的影响

针对广州珠江黄埔大桥的结构形式,对钢箱梁桥面铺装体系进行三维有限元分析,分别研究铺装层厚度、钢桥面板厚度、横隔板间距、纵向加劲肋构造尺寸等钢箱梁桥面铺装体系的构造参数对铺装层最大拉应力、铺装层与钢桥面板层间最大剪应力和铺装层表面最大弯沉值等受力控制指标的影响.用此研究结果可指导珠江黄埔大桥钢箱梁桥面铺装层的设计.