江阴大桥钢桥面柔性防水粘结层特性分析

沥青铺装与钢桥面板间的脱层破坏是钢桥面铺装层较常见的一种病害破坏类型,而防水粘结层的层间特性是病害的主导因素,因此,对防水粘结层的层间特性进行分析尤为重要。结合江阴大桥钢桥面铺装研究课题,采用理论力学方法对不同温度和荷载条件下的层间剪切性能进行了分析;然后通过室内拉拔试验与剪切试验,得出防水粘结层的拉拔强度随温度变化的回归方程与不同温度条件下的剪切强度,通过对比研究得出结论认为:江阴大桥钢桥面铺装发生整体性剪切破坏的可能性较小,所用防水粘结层材料可以承担铺装在多种不利条件下的抗剪响应。     

钢桥面与环氧沥青铺装界面剪切特性

为了给钢桥面铺装设计提供参考,针对钢桥面铺装工程中普遍采用的环氧沥青混凝土铺装结构,考虑了温度、法向应力等影响因素,进行了钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面剪切特性的试验研究。采用钢-混凝土界面剪切试验装置(Steel-Concrete Interface Shear,SCIS),在25℃、60℃两种温度和0,0.2,0.5,0.7 MPa四级法向应力水平下测试了钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面的剪切性能,获得了界面剪切破坏形态、抗剪强度、残余抗剪强度、剪应力-剪切变形曲线等试验结果,分析了温度、法向应力对界面抗剪强度的影响规律以及界面的黏结-滑移机理。基于摩尔-库仑强度理论建立了钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面在25℃和60℃两种温度条件下的抗剪强度包络线。研究结果表明:在仅考虑温度和压、剪应力的条件下,钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面破坏产生于防腐涂装与防水黏结层的界面区;界面抗剪强度随温度降低和法向应力水平增加而增大;残余抗剪强度受温度影响较小,主要随法向应力增加而增大;界面剪应力-剪切变形曲线具有韧性破坏特征且呈四阶段发展规律;钢桥面与铺装界面的抗剪强度包络线可采用摩尔-库仑强度理论进行建立。     

冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装力学响应

为研究冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的力学响应及适合该极端气候下的钢桥面铺装方案,解决冬季极端气候下钢桥面铺装在行车荷载作用下容易产生的开裂问题,利用ABAQUS建立钢桥面三维铺装体系模型,模拟不同铺装层厚度组合和不同工作温度等条件,计算“双层EA”结构和“下层EA+上层SMA”结构的铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力4个特征力学响应值,分析钢桥面铺装厚度对力学控制指标的影响,探究钢桥面铺装温度对力学控制指标的影响,以此进行冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的结构组合方案优选。研究结果表明:相同铺装材料下,对比3种厚度组合的桥面铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力,均为下层2. 5 cm+上层3. 5 cm下层3 cm+上层3. 5 cm下层3 cm+上层4 cm;在-45～50℃范围内,随着温度升高,两种铺装结构的铺装层上表面最大拉应力和层间最大剪应力逐渐减小,铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移增大;“双层EA”结构铺装层上表面最大拉力大于“下层EA+上层SMA”结构;“双层EA”结构和“下层EA+上层SMA”结构铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移和层间最大剪应力较为接近;“下层3 cm EA+上层4 cm SMA”的铺装结构能够适应冬季极端气候工况。     

季冻区中小跨径钢桥面铺装的力学响应

为了提出季冻区中小跨径钢桥面铺装控制指标,采用ANSYS软件模拟了铺装层在不同工况下(不同纵、横向荷位布置)的受力特性,研究了荷载(超载)、汽车制动力及温度对铺装层力学响应的影响。结果表明:超载对铺装层性能影响显著,铺装层间黏结的抗剪强度是关键控制指标;随着制动力的增大,各剪应力均逐渐增大,应重点考虑界面抗剪强度;在低温条件下(-40℃～0℃),铺装层表面拉应力较大,应以铺装层表面拉应力为控制指标,而在高温条件下(40℃～60℃),铺装层竖向位移较大,应以铺装表面竖向位移为控制指标。     

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。     

钢桥面铺装层开裂对铺装体系受力影响的数值分析

由于正交异性结构受力特点,钢桥面铺装层开裂普遍存在,为了解铺装层开裂对界面粘结和铺装层受力的影响,从而对钢桥面的养护进行指导,以广东省马房北江大桥为背景,采用有限元分析软件ANSYS建立钢桥面铺装层开裂的力学模型,对铺装层开裂和铺装体系的受力关系进行分析.分析结果表明,铺装层的纵向、横向开裂均使铺装层自身受力状况恶化,并引起界面受力严重恶化,导致界面分离.因此钢桥面铺装层的养护应及时对受力不利位置进行开裂检查,并进行预防性裂纹病害处理以及层间界面状态经常性检查等.     

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。     

大跨径钢箱梁桥面铺装动力响应分析

为了分析钢桥面铺装在动荷载作用下的力学变化规律，针对现有铺装层常见的脱层、滑移、开裂等破坏形式，研究了行车荷载的动力特性与形式，将车轮荷载模拟为移动恒载，选取了6种铺装结构和3种力学控制指标，建立了钢桥面铺装体系三维有限元模型，研究了在动荷载作用下铺装的动力响应，并与静力计算结果进行了对比，给出了最优的铺装结构形式。分析表明，钢桥面铺装的动力响应与静力响应有较大的不同；在动力荷载下，铺装层最不利受力荷位是横隔板跨中位置；铺装层最不利点位受拉情况类似于承受半正矢波荷载；静力分析在对层间剪应力计算时误差很大，在动力荷载作用下，铺装与钢板间会产生很大的层间剪应力，这是导致铺装出现脱层、滑移等病害的主要原因。     

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。     

白沙洲大桥钢桥面铺装层修复方案受力分析与材料设计

针对武汉白沙洲大桥钢箱梁桥面铺装的破坏情况,分析了铺装层病害的原因,采用新型防水粘结材料和界面粗糙化处理技术对铺装层破坏部位进行实施了抗滑移修复方案,应用有限元法分析了车轮荷载作用下的正交异性钢桥面铺装层剪应力的变化规律,同时对防水粘结层材料的粘结强度、抗剪强度和弯曲变形性能进行室内试验,并且成功实施了白沙洲大桥钢桥面修复工程试验段。研究结果可以为白沙洲大桥的全面改造提供参考。     

寒冷地区桥面铺装防水体系的研究与应用

针对寒冷地区水泥混凝土桥面上沥青混凝土铺装层早期破坏的现象,如:低温开裂、冻融破坏、桥面防水粘结及界面处理等问题,通过对浇注式沥青混凝土和桥面防水粘结材料以及不同结构组合的研究,探索桥面铺装最佳防水体系组合.     

树脂沥青防水抗滑界面的研究和应用

钢桥面铺装成功的一个关键因素是保证铺装界面的防水和粘结,传统的沥青界面防水粘结层因温度升高黏度下降不能有效地解决铺装界面的抗剪切推移问题。本文从满足桥面铺装受力和变形的角度进行研究,对EBCL树脂沥青铺装界面结构进行了相关的试验和分析,并提出EBCL胶料的施工控制要点,具有良好的工程实践价值和推广借鉴意义。     

影响装配式空心板桥桥面铺装层受力特性参数的分析与研究

运用Abaqus有限元软件并结合室内试验,对装配式空心板桥桥面铺装层内的应力、变形进行分析,分别考虑不同行车荷载、沥青铺装层与水泥混凝土铺装层间粘结性能的不同对装配式空心板桥桥面铺装层受力的影响。结果表明:行车荷载的大小和防水粘结层粘结性能的好坏是影响桥面铺装性能的主要参数。因此,在进行装配式空心板桥桥面铺装层设计与施工中,一定要重视行车荷载及防水粘结层对铺装层的影响。     

钢桥面铺装浇筑式沥青防水粘结层分析与探讨

浇筑式沥青方案在国内大跨径钢桥面铺装中得到越来越多的采用,但往往会在数种浇筑式沥青方案及防水粘结层方案之间举棋不定。同时防水粘结层失效亦是导致桥面铺装破坏的重要因素,造成了极大的经济损失和不良社会影响。合理的防水粘结层方案是钢桥面铺装成功与否的关键,因此对钢桥面铺装防水粘结层的研究具有重要的理论意义和实用价值。     

水泥混凝土桥面铺装结构设计方法

随着交通量和重型车辆的增多,许多水泥混凝土桥面铺装层都出现了不同程度的损坏。桥面铺装层的早期破损已经成为影响桥梁通行功能和诱发交通事故的一大病害。水泥混凝土桥面沥青铺装层病害调查表明,粘结层剪切破坏是桥面铺装的主要破坏类型之一,也是桥面铺装所特有的破坏类型。该文提出了以铺装层与水泥混凝土层间剪应力、铺装层表面拉应力作为关键指标的混凝土桥面沥青铺装层结构设计方法;并推荐适宜的沥青铺装厚度为6～10 cm。     

超高性能混凝土钢桥面铺装组合结构弯拉疲劳性能研究

为评估树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构的抗弯刚度及疲劳耐久性能,通过三点式加载钢板-超高性能混凝土复合梁,并结合电阻应变片测试复合梁受力特征。结果表明,树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构的肋板焊缝、层间钢板及铺装表面应力基本随荷载作用增大而呈幂函数增长,且铺装应力随距钢板距离增长呈线性增长;在等效标准轴载140 kN作用下,层间黏结结构可消耗吸收应力约1.6 MPa,经疲劳加载大于1 200万次未发生损伤破坏,表现出良好的抗弯拉疲劳性能。树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构避免了焊接剪力钉造成应力损伤影响。     

大跨径桥梁正交异性钢桥面铺装受力分析

大跨径桥梁大多采用正交异性钢桥,这种结构形式受力变形复杂,置于其上的铺装层易出现疲劳开裂、车辙、推移、脱层等早期病害,甚至由此导致桥梁结构功能性破坏。钢桥面铺装破坏需要从多个方面进行研究分析,本文通过ANSYS子结构法数值理论分析,分析结构尺寸、温度、制动及超载对铺装层的影响,为正交异性钢桥铺装设计提供参考。     

基于综合工况的桥面铺装层间工作状态研究

桥面铺装受力条件极为复杂,其工作状态不同于一般的公路路面.然而,国内外对铺装层间力学响应的计算分析很少.因此,该文运用Ansys有限元软件,建立设置防水粘结层的桥面铺装力学模型.分析纵坡、超载、路面温度及水平力系数等不同因素对沥青混凝土铺装和粘结层层间、桥面板和粘结层层间剪应力的影响规律.在此基础上,研究不同工况桥面铺装层间工作状态,提出桥面铺装层间工况分级标准,为桥面铺装层间防水粘结材料的选择、设计提供参考依据.     

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。     

计及界面损伤的钢纤维混凝土桥面铺装层破坏分析

借鉴复合材料力学分析方法,建立一种计及界面破坏的分层剪滞模型,并结合能量破坏准则,研究了桥面板和含裂缝的钢纤维混凝土桥面铺装层组合体系在负弯矩作用下的应力重新分布规律和铺装层的强度极限,定量获得了铺装层与桥面板之间的界面破坏区长度和铺装层的强度极限与界面剪切强度的关系。结果表明:界面破坏区长度随界面剪切强度的增加而减小;铺装层的强度极限随界面剪切强度的增加先增大后减小;适宜的界面粘结,铺装层的强度极限最高。