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。     

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。     

移动荷载作用下钢桥面铺装层振动特性分析

为了分析移动荷载对钢桥面铺装体系的振动特性响应的影响,采用通用有限元软件ABAQUS将行车荷载简为均布移动荷载,建立含有路面铺装层的钢混桥梁上部结构三维有限元模型。通过改变车辆轴数、行车速度,来探究钢桥面铺装体系的垂向位移、横向拉应力、横向剪应力的变化趋势,并对比了静力荷载、单轴移动荷载和多轴移动荷载作用下的动态响应。大量的数值模拟结果表明,移动荷载作用下的垂向位移均大于静力荷载作用下的垂向位移,多轴移动荷载作用下的垂向位移具有叠加效果,多轴移动荷载作用下的垂向位移大于单轴,并且随着行车速度的提升,钢桥面的动态响应逐步增加。最后得出的结论对进一步分析钢混桥面铺装体系的动态响应提供理论参考价值。     

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。     

移动荷载下桥面防水黏结层剪应力有限元分析

为了突破传统静荷载作用下不同因素对桥面铺装防水黏结层剪应力影响的局限性,采用Abaqus有限元分析软件,建立移动荷载作用下桥面防水黏结层的三维仿真模型,并通过Utracload和Dload子程序施加移动荷载,模拟车辆实际行驶过程。分析在移动荷载作用下超载、沥青层模量、沥青层厚度、防水层厚度、车速、水平力系数及层间摩擦系数等因素对分析点(A点)最大剪应力的影响。结果表明:移动荷载作用下,防水黏结层最大剪应力出现在车轮正下方,且剪应力在分析点附近一定范围内近似呈半正弦分布;防水黏结层最大剪应力与超载、水平力系数及层间摩擦系数等因素呈正相关,与沥青层厚度及车速等因素呈负相关,受沥青层模量、防水黏结层厚度等因素变化影响较小。     

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。     

水泥混凝土桥桥面沥青铺装层的有限元分析

桥面铺装问题解决的前提是明确铺装层结构的受力状态及特点。采用三维有限元分析方法,建立了完整的简支T梁混凝土桥,确定了临界荷位,分析了在非均布荷载作用下,不同沥青铺装层结构组合的力学响应。分析显示,当荷载完全作用于边梁一侧时,对铺装结构最为不利;非均布荷载对铺装层结构的力学响应有很大影响,凸型荷载产生的最大剪应力或是层间剪应力都明显大于凹型荷载产生的应力;铺装层间水平方向的相对滑移趋势随面层厚度的增大,显著减小;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。     

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。     

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。     

同步碎石防水粘结层厚度对桥面铺装受力的影响分析

对一座现有分离式箱梁截面连续梁桥进行桥面铺装应力有限元分析。桥面铺装采用同步碎石防水粘结层。分析荷载最不利位置下防水粘结层厚度变化对桥面铺装各层层问拉应力、剪应力的影响规律。     

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。     

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。     

桥面铺装层高温效应模拟分析

为研究高温对桥面铺装层正常工作产生的不利影响,以某连续梁桥为背景,采用有限元模拟分析高温下铺装层各层最大剪应力、路表位移随铺装层温度升高的变化规律.结果表明:铺装层温度升高对路表纵向位移影响很大,而路表横向位移、竖向位移变化相对平缓;高温下同步碎石防水粘结层最大剪应力值较大,易出现剪切破坏;铺装层高温效应沿铺装层深度方向不断减小.     

面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型

为了解决传统桥面铺装设计方法不能反映在行车荷载与桥梁振动特性耦合作用条件下的铺装动力响应问题,提出一种面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型的构建新方法。该方法首先综合考虑桥面铺装和桥梁结构特性对建模的要求,建立整桥有限元仿真模型,然后构建精细化桥面铺装体系局部梁段模型,最后通过动力子结构方法将整桥结构与桥面铺装局部结构衔接,并以某大跨径悬索桥为例进行实例分析。结果表明：由于考虑整桥动力特性和不平度的影响,将使计算结果（不平度等级为A）比静力计算结果大10%～15%,并且随着不平度的增加而非线性增加;采用该模型的构建方法可以避免现行桥面铺装设计中采用静载偏不安全的缺点。     

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%。     

移动荷载下路面结构应力响应分析

实际中汽车总是以一定的速度行驶在路面上,首先将汽车荷载简化为移动的均布荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,利用三维动力有限元方法,分析了移动荷载下车辆正常行驶状态、慢速行驶及刹车情况时路面结构内部应力响应规律。分析结果表明,较低的速度将会使路面结构内部产生更大的应力,各应力分量与速度变化基本呈线性关系;刹车过程中在路表面产生的水平荷载对路表面层附近的水平剪应力影响相当大,在刹车较频繁区域,提高面层及其层间接触面的抗剪强度,可减少或防止推挤、拥包等病害的出现。分析结果可为路面结构设计和路面施工提供理论参考。     

桥面铺装对中小跨径桥梁力学性能影响研究

为分析桥面铺装对中小跨径桥梁受力的影响,以空心板桥为例,通过足尺构件破坏试验,分析铺装层对主梁裂缝、变形和承载力的影响,结合整桥的荷载试验,建立3种分析模型与测试结果进行比较,并探讨了铺装层厚度对整桥受力性能的影响。结果表明,加载过程中桥面铺装与主梁共同受力性能良好,达到极限状态时,铺装层与主梁结合面无水平裂缝出现,桥面铺装能显著提高主梁的抗裂性能和极限承载力;车辆荷载作用下铺装层能够参与整桥受力,随着铺装层厚度加大,梁底拉应力先减小后增大。建议中小跨径桥梁设计和评估时,应适当考虑铺装层对主梁力学性能的贡献。     

钢桥面UHPC铺装层的黏结性能试验研究

在钢桥面的铺装设计中,由于标高控制和自重控制要求,普通混凝土铺装层因厚度大、自重高难以满足设计要求,因此亟需薄厚度、高性能的铺装层,而超高性能混凝土(UHPC)是潜在可满足设计要求的铺装材料.但在循环交通荷载下,UHPC铺装层与钢板之间的黏结作用尚缺乏试验研究.研究开展了五点弯曲疲劳试验和剪切试验,研究UHPC钢桥面铺...     

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。