纵坡对钢桥面铺装层力学响应的影响

为提出大纵坡钢桥面铺装层设计指标,分析了坡道上车辆与桥面的相互作用以及沥青混合料的时温等效特性。在此基础上,采用ABAQUS软件建立了钢桥面铺装局部三维有限元模型。最后,分析了匀速行驶及紧急制动时纵坡对钢桥面铺装层力学响应的影响。结果表明:纵坡对钢桥面铺装层表面最大横向拉应力、层底最大横向剪应力和最大竖向位移几乎无影响;纵坡对钢桥面铺装层表面最大纵向拉应力和层底最大纵向剪应力影响较为显著;相比匀速行驶时,紧急制动时下坡道纵向拉应力及纵向剪应力大幅增大,尤其是纵向剪受力更不利。在大纵坡钢桥面铺装层设计中,计算铺装层表面最大纵向拉应力和层底最大纵向剪应力时必须充分考虑纵坡影响,重点考虑界面抗剪强度。     

钢桥桥面铺装层间剪应力影响因素及简化计算

为了减小钢桥桥面铺装层间剪应力,建立桥面系三维有限元计算模型,分析了不同荷位、钢板厚度、U肋开口宽度、铺装厚度、铺装模量、层间接触条件以及轴载大小对铺装层间纵横向剪应力的影响,推导了实用的应力简化计算公式。研究发现桥面板不均匀变形使得铺装层间剪应力远大于同条件下的路面结构;影响显著的因素依次为轴载大小、钢板厚度、U肋开口宽度以及铺装参数;层间完全光滑有利于抗剪,但降低了桥面系整体刚度;控制重载,加强桥面系刚度与选择柔性层间粘结材料是减小层间剪应力的有效措施。     

粘结层特性对正交异性钢桥面铺装受力的影响

为了研究粘结层对正交异性钢桥面铺装受力的影响,应用有限元软件ABAQUS对钢桥面铺装的局部梁段进行模拟,探讨是否设置粘结层以及粘结层材料的计算参数(泊松比和模量)和粘结层厚度的改变对钢桥面铺装的受力影响。研究结果表明设置粘结层对整个桥面铺装的受力是有利的。以层间剪应力作为指标,粘结层材料泊松比增大时,层间最大剪应力会有一定减小但剪应变有一定的增加,此外,层间最大剪应力也会随着粘结层材料模量的减小而减小。粘结层厚度的增加也使得层间的剪应力和剪应变都有所减小。以上的这些钢桥面铺装的受力影响也为工程应用中粘结层材料的选择提供一定的理论依据。     

纵坡弯道桥面沥青铺装结构剪应力分析

依据纵坡弯道车辆荷载作用特性,建立纵坡弯道桥面铺装结构三维有限元模型,分析车辆载重、行驶速度、弯道半径、纵坡坡度、沥青铺装层厚度与模量对水平剪应力的影响。结果表明：设计时避免最小半径极限值与纵坡坡度最大值同时出现,适当增大沥青铺装上层模量、铺装层总厚度、减小沥青铺装下层模量,并严格控制纵坡弯道上车速及车辆载重,可减少沥青铺装层发生推移病害的可能性。     

钢箱梁桥面板构造对焊缝疲劳热点应力的影响

通过建立钢箱梁桥面板有限元模型,采用子模型计算了模拟焊缝位置,分析了不同构造尺寸下焊缝位置热点应力,研究了顶板厚度、U肋宽度及板厚、横隔板间距及板厚、铺装厚度及刚度等对焊趾和焊根处疲劳应力的影响。研究结果表明:随着顶板厚度和铺装层厚度及刚度的增加,焊缝位置热点应力减小;随着U肋板厚和上缘宽度的增加,焊缝处热点应力增加;随着U肋高度和横隔板间距及厚度的增加,热点应力变化不明显。顶板的厚度增加时,焊趾与焊根应力之比减小,可导致焊趾-顶板裂纹的概率增加。     

正交异性钢桥面结构对铺装受力的影响及其优化

采用有限元方法建立一座正交异性钢桥面连续梁桥的全桥空间有限元模型;在桥面施加不利车辆荷载,分析桥面板厚度和U型加劲肋厚度等因素对桥面铺装层应力的影响。分析结果表明:横向最大拉应力对铺装层受拉开裂起控制作用;随着桥面板厚度和U肋厚度的增加,桥面铺装层所受的横向最大拉应力有所减小;顶板厚度从12 mm增加至20 mm,铺装层横向最大拉应力从0.62 MPa减小至0.52 MPa,降低16%;U肋厚度从6 mm增加至12 mm,铺装层横向最大拉应力从0.63 MPa减小至0.51 MPa,降低19%。顶板厚度变化和U肋厚度变化与铺装层受力变化均为非线性关系。     

基于铺装受力的钢箱梁斜拉桥纵隔板位置优化

为改善钢桥面铺装受力状况,针对国内某斜拉桥钢箱梁纵隔板位置,建立了全断面钢箱梁节段和铺装的力学计算新模型,分析了两种纵隔板设置方案在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。结果表明,由于纵隔板的竖向刚度很大,在荷载作用下,纵隔板上方的铺装产生较大的横向拉应力,具有明显局部效应;荷载处于桥面板与U型加劲肋焊接点的正上方时,横向拉应力在距横隔板0～0.2m范围内快速增加,在0.2m处出现峰值;采用纵隔板设置方案二进行钢箱梁结构设计,优化了铺装的受力状况,横向荷位3为铺装最不利荷位。     

水泥混凝土桥面沥青铺装结构力学性能分析

在水泥混凝土桥的主梁(板)上或防水混凝土层面板上一般需设置柔性防水层,因此桥面铺装结构在力学性能上不同于一般路面结构。采用有限元方法分析了水泥混凝土桥面沥青铺装结构中桥面铺装材料的厚度、模量与泊松比、防水粘结层的厚度和模量以及汽车荷载等因素对桥面铺装结构中防水粘结层最大剪应力指标的影响。     

大跨径钢桥面铺装体系关键技术研究进展

大跨径钢桥面铺装体系由钢桥面板、沥青混合料铺装层、横隔板、纵隔板、加劲肋及主梁等组成,其关键技术研究包括:钢桥面铺装结构的研究,钢桥面铺装材料性能的研究,钢桥面铺装体系力学特性研究,钢桥面铺装体系疲劳损伤特性研究,钢桥面防腐蚀性能研究以及钢桥面铺装体系的优化设计等,文章综述了近十余年来国内外在这些方面的研究进展,并对进一步研究提出了一些建议.     

正交异性板桥面铺装受力影响因素分析

采用有限元方法,分析了正交异性板桥面铺装在结构和荷载因素变化时受力状态的变化规律;比较了有无纵隔板、桥面板厚度、加劲肋板厚度对受力的影响;分析了竖向、水平荷载对铺装层受力的影响。结果表明:有纵隔板时的横向拉应力为全桥面的铺装拉应力控制指标;增大桥面板厚度有利于减少桥面刚度不均,减小铺装层内的应力;加劲肋厚度的变化对加强结构刚度有利却对桥面铺装的受力不利;超载对应力状态极为不利,紧急制动产生的水平力会导致很大的纵向拉应力。     

大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型

为了提高大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型的计算精度,运用有限元正交数值模拟试验对模型参数进行了敏感性分析,利用子模型技术和综合评价方法对模型几何尺寸与边界约束条件进行了优化。发现大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型合理的几何尺寸与边界条件为:纵向为3跨,横向有8个U肋,横隔板高度为1.2m,纵边自由,横边简支,横隔板底固结。对比分析结果表明:该简化模型具有较高的计算精度,横向拉应变误差仅为0.7%,纵向拉应变误差为3.7%。     

沥青路面最大剪应力分析

采用ABAQUS软件对典型半刚性基层沥青路面及桥面铺装层中最大剪应力影响因素及变化规律进行了计算与分析。分析表明：半刚性基层沥青路面与水泥混凝土桥面铺装层最大剪应力分布与变化规律基本一致,在相同荷载条件作用下,最大剪应力水平亦接近;最大剪应力与车辆垂直荷载和水平荷载作用呈正比关系,最大剪应力受其影响显著;最大剪应力随着面层或铺装层厚度、模量的增加而相应地变小,随着半刚性基层厚度与模量的增加而变大。以上抗剪影响因素及变化规律的研究为解决车辙问题提供了一定的理论基础。     

钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究

提出一种钢-超薄UHPC(Ultra-High Performance Concrete)层轻型组合桥面,既使得该组合桥面能运用于铺装层较薄的桥面结构,又降低了正交异性钢桥面的疲劳开裂风险,避免了沥青铺装的病害问题。以某大桥为工程背景,从有限元分析和试验两方面对此结构的性能进行研究。结果表明:35 mm UHPC层对正交异性钢桥面板受力性能改善明显,顶板应力幅下降达到68.72%,U肋和横隔板接近14.74%~34.11%,可大大降低钢桥面板疲劳开裂风险。试验得出的UHPC层横桥向开裂强度26.3 MPa,大于有限元计算下车辆荷载作用产生的最大应力7.36 MPa,证明了此组合桥面结构的可行性。     

空心板桥梁铺装层受力特性分析

为了研究铺装层厚度、弹性模量和行车荷载对桥面铺装层受力特性的影响,以实际工程为背景,采用有限元软件ANSYS建立了简支空心板桥的有限元分析模型,通过改变桥面铺装层厚度、弹性模量、超载系数和水平荷载,以此来研究简支空心板桥梁铺装层应力分布。分析结果表明,铺装层内应力随铺装层厚度增大而减小,随弹性模量的增大而增大;在弹性范围内,铺装层内应力随超载系数的增大呈线性增长趋势,增大动摩擦系数,剪应力增大最为明显,横桥向和纵桥向最大拉应力基本无变化。     

钢桥面铺装的拉应力分析

针对典型的钢桥桥面铺装体系，采用SAP有限元软件，分析了铺装层内的拉应力的变化规律。分析表明，铺装层的最大横向拉应力远远大于最大纵向拉应力，最大横向拉应力通常出现在梯形加颈肋肋顶的铺装层表面，铺装层的模量也对拉应力影响很大。     

开口肋正交异性钢桥面疲劳设计参数研究

为评估重庆两江大桥单索面斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳设计参数的合理性,对由盖板、板肋和横隔板组成的箱形正交异性钢桥面板模型进行了疲劳试验和有限元分析.基于应力等效方法,对桥面板、横隔板与纵肋三向交叉部位,进行了竖向和横向双向加载试验、等效实桥疲劳应力幅值2 000万次作用疲劳试验,在此基础上,分析了3种开孔方式、构造细节、横隔板厚度及铺装层厚度等因素对疲劳性能的影响.研究结果表明:横隔板厚度和铺装层厚度对疲劳性能的影响很大;与钥匙形和圆形相比,苹果形开孔结构的主拉应力最小,为13.7 MPa,疲劳性能最优.建议开口肋正交异性板构造横隔板厚度大于16 mm,并采用苹果形开孔方式.     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性.分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层间剪应力较大,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;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应.     

胶粉改性沥青桥面铺装层受力特性的数值模拟

为研究胶粉改性沥青桥面铺装层在受力过程中的特性,立足实际工程,利用ABAQUS有限元软件建立力学模型并进行数值模拟分析。主要分析了不同铺装层厚度、不同弹性模量、不同的铺装层泊松比对桥面铺装层在车道荷载作用下的受力特征,结果表明:上下面层的厚度对铺装层的剪应力及拉应力均有影响;在一定范围内,最大水平拉、剪应力随弹性模量的增加而增加;铺装层纵向最大水平拉、剪应力随着泊松比的增加变小,变化量不明显。     

钢桥面铺装与混凝土桥面铺装力学控制指标值对比研究

通过研究某钢桥面铺装体系与某混凝土桥面铺装体系的受力变形,分析2种铺装层的应力应变特性的异同。运用有限元方法建立正交异性钢桥面复合铺装体系模型与混凝土桥面复合铺装体系模型,对比分析了铺装层力学控制指标的变化规律以及铺装层厚度、材料模量对铺装体系力学特性的影响。研究成果可为大跨径钢桥面铺装和混凝土桥面铺装设计提供参考。     

水泥混凝土桥面粘结层抗剪性能要求及简化计算

通过有限元方法,分析了不同类型桥面防水粘结层的受力特点及其剪应力对铺装层各种参数(包括厚度、模量、水平荷载及胎压等)的敏感性,得到了粘结层剪应力角度变化范围,提出了桥面粘结层的抗剪强度要求计算公式。通过变化室内斜剪试验剪切角度(25°~65°),得出了剪切角度变化时粘结层抗剪强度随温度变化的规律。研究结果表明:桥面铺装厚度和水平荷载是影响层间剪应力与剪切角度大小的主要因素,粘结层材料的抗剪性能随着温度和剪切角度的增大迅速降低,具有一定厚度的低模量防水卷材粘结层对铺装层抗剪是不利的。建议通过比较不同场合桥面粘结层的抗剪强度测试值和理论计算值,判定粘结层的粘结效果,用于指导防水粘结层的选择。