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。     

混凝土桥水泥铺装层温度应力研究

针对典型T梁和箱形梁桥,在简支和多跨连续边界条件、承受正温度梯度、负温度梯度、温度和汽车耦合作用下,用有限元法分析水泥铺装层的受力特征和铺装层拉应力、层内最大剪应力、等效应力和接触层间法向拉拔力、层间剪应力,以及各应力对铺装厚度的敏感性.以箱形梁桥为对象,比较分析了连续水泥铺装和划缝、带裂缝工作状态下受力以及配钢筋的影响.提出了设计、施工建议.     

混凝土桥水泥铺装层温度应力研究

针对典型T梁和箱形梁桥,在简支和多跨连续边界条件、承受正温度梯度、负温度梯度、温度和汽车耦合作用下,用有限元法分析水泥铺装层的受力特征和铺装层拉应力、层内最大剪应力、等效应力和接触层间法向拉拔力、层间剪应力,以及各应力对铺装厚度的敏感性.以箱形梁桥为对象,比较分析了连续水泥铺装和划缝、带裂缝工作状态下受力以及配钢筋的影响.提出了设计、施工建议.     

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。     

桥面铺装防水粘结层剪应力的有限元计算分析

文章运用ANSYS有限元分析软件,对混凝土桥面防水粘结层剪应力进行了计算;分析了超载、车辆行驶状态、沥青铺装层厚度及模量、防水粘结层模量、层间接触状态等对防水粘结层最大剪应力的影响。计算结果表明:当超载100%时,防水粘结层最大剪应力增大约3.2倍;特殊路段紧急刹车时层间可能出现的最大剪应力约为车辆正常行驶时的11.8倍;最大剪应力随沥青铺装层厚度增加而减少,当铺装层厚度超过6cm后,最大剪应力不超过0.392MPa;沥青铺装层模量对最大剪应力影响不大。在此基础上提出了桥面铺装结构防水粘结层的抗剪强度标准。     

移动荷载作用下沥青混凝土桥面铺装层动力响应分析

为了准确地分析铺装层的受力状态,将车辆荷载简化为移动均布荷载,采用有限元法分析了铺装层在移动荷载作用下的动力响应。分析结果表明,在移动荷载作用下,以较低的速度行驶对铺装各层应力影响较大,各应力分量与移动荷载速度基本呈线性关系;刹车情况下离表面较近区域不再经历正反两次剪应力作用,只是离表面较深处存在很小正反剪应力作用;最大水平剪应力发生在铺装表面,且随深度的增加迅速减小;水平荷载对水平剪应力影响很大,随着水平力系数δ增大,在同一铺装层深度处的最大水平剪应力增加比较明显;在相同δ的条件下,随着深度的增加水平剪应力越小。通过上述分析,提出桥面铺装层控制性设计指标,从而为桥面铺装设计提供理论依据。     

混凝土桥面防水黏结层剪应力有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟分析混凝土桥面沥青铺装结构层间最大剪应力的变化规律。研究表明,防水黏结层的最大剪应力随沥青铺装层厚度、模量增大而降低;当防水黏结层模量为10 MPa～50 MPa时,沥青铺装层底层、防水黏结层的层间最大剪应力波动较大,模量为50 MPa～100 MPa时波动趋势稍缓,超过200 MPa后趋于平缓,因此,优选防水黏结层模量为100 MPa～300 MPa;车辆制动与超载重载对桥面铺装层层间最大剪应力影响显著,摩擦系数从0.2增至1.0时,防水黏结层内部的最大剪应力由0.133 MPa增至0.283 MPa,增幅为112.8%,超载系数与桥面铺装结构层间最大剪应力呈线性正相关,控制车辆超载、重载可有效避免桥面铺装层发生剪切破坏。探求沥青铺装结构层间最大剪应力变化规律,为优选防水黏结层的材料提供理论支撑。     

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。     

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。     

基于桥面铺装受力分析的正交异性钢桥面结构优化研究

以某跨径90 m的连续钢箱梁桥为研究对象,建立精细化的正交异性桥面铺装体系有限元模型,并验证其准确性.先确定箱梁结构参数的水平,分析单一结构参数影响铺装层受力,然后进行多因素正交数值试验,最后对钢箱梁桥面系进行优化设计.研究表明:车轮中心作用在加劲肋侧肋的正上方时,铺装层内横向拉应力、竖向位移及铺装层层底剪应力最大;在...     

广东省水泥混凝土桥面单层沥青铺装层使用状况调查与分析

为提高广东省高速公路水泥混凝土桥面铺装的使用性能,降低铺装层结构选用不当所带来的风险,对省内4个典型项目桥面铺装层的结构型式、使用状况及病害原因进行了调查分析,并采用有限元软件对铺装层厚度对铺装层内及层间的应力进行了计算分析。结果表明:单层沥青混凝土桥面铺装主要用在桥梁恒载限制的路段,需采用高粘度改性沥青做防水粘结层+高模量沥青混凝土或SMA的桥面铺装结构,且施工要求高,与单层沥青铺装层相比,采用双层沥青铺装层,铺装层内最大剪应力和沥青层与粘结层间剪应力分别下降18%和37%。     

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。     

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。     

混凝土桥面沥青铺装结构的剪切分析

车辙和推移是混凝土桥面沥青铺装结构的主要破坏形式之一,一方面是由于行车荷载作用下沥青层内产生较大的剪应力而引起沥青铺装层的塑性流动而逐渐形成车辙;另一方面是沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而引起的推移、拥抱等剪切破坏。试图通过三维有限元的计算方法,考虑荷载的非均匀分布,系统分析层间接触条件不同时,不同铺装层结构组合时的剪应力响应。分析显示,非均布荷载和层间接触条件对铺装层结构的剪应力有很大影响,合理的材料设计和结构组合对沥青混凝土桥面铺装具有重要意义。     

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。     

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。     

高温重载作用下沥青路面结构力学响应分析

为研究高温重载耦合作用下沥青路面结构力学响应特点,采用ANSYS软件定量分析了高温重载交通对沥青路面路表弯沉和结构应力的影响规律。分析结果表明:1)路面弯沉与轴载呈正线性相关,高温环境中,竖向位移最大值随轴载的增加而增大;2)高温重载作用下,结构应力均有增长,面层拉应力比基层拉应力增幅更明显,但高温对压应力增幅影响不显著,常温中面层剪应力最大;高温超限100%条件下,面层压应力为常温标准轴载的2倍,面层剪应力为标准轴载的2.21倍。     

水泥混凝土梁桥沥青铺装结构设计方法探讨

以高速公路水泥混凝土梁桥沥青铺装层结构受力分析为基础,对复合桥面铺装结构设计方法进行了探讨,提出以沥青铺装层表面最大拉应力和最大剪应力分别作为结构设计的主要指标和辅助指标,同时对沥青混凝土桥面铺装结构设计方法及流程进行了总结,并进行了实例计算。     

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1;界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。     

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。