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。     

环氧沥青混合料动态模量及其主曲线研究

为建立大跨径钢桥面铺装所用的热固性环氧沥青混合料动态模量的主曲线方程,首先采用动态频率扫描试验测试了3组不同温度、11个不同加载频率下的环氧沥青混合料动态模量,然后利用时温等效原理和基因遗传算法对不同温度间的动态模量进行了移位分析,最后采用γ分布函数和指数函数对20℃环氧沥青混合料动态模量主曲线方程和不同温度间的动态模量移位因子公式进行了拟合回归。结果表明:环氧沥青混合料的动态模量随温度的升高而降低,在固定温度下随加载频率的减小而减小;10℃和30℃环氧沥青混合料动态模量移至20℃时的最佳移位因子分别为5.002 256和-3.990 583;环氧沥青混合料动态模量主曲线的建立为大跨径钢桥面铺装动态设计方法的形成提供了材料参数方程。     

彩色沥青的制备与流变性能分析

利用芳烃油、石油树脂和聚合物改性剂制备彩色沥青,并通过DSR动态剪切流变仪对比分析了彩色沥青、基质沥青和SBS改性沥青的流变性能,重点研究试验温度和加载频率对复数剪切模量和相位角的影响,并利用时温等效原理建立了复数剪切模量和相位角主曲线。通过Black diagrams探讨了复数剪切模量与相位角相互关系。     

不同空隙率沥青混合料的粘弹性能

为了研究沥青混合料在宽频范围内的动态粘弹性能,采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同空隙率沥青混合料进行动态频率扫描,得到了复数剪切模量和相位角等粘弹参数。根据时温等效原理,得到了复数剪切模量、相位角随频率变化的主曲线,同时分析了频率、沥青种类、温度和空隙率对沥青混合料粘弹性能的影响;基于主曲线采用CAM模型拟合分析了不同空隙率沥青混合料试件的粘弹性能。结果表明:频率与温度对不同空隙率沥青混合料粘弹性能的影响规律相同;沥青混合料相位角主曲线在中高温时欠光滑;沥青混合料粘弹性能对空隙率有较强的依赖性;应用CAM模型可以较好地分析不同空隙率沥青混合料的粘弹性能,为沥青混合料设计和性能评价提供参考。     

橡胶沥青混合料动态模量及其主曲线研究

采用单轴压缩动态模量试验测试了不同油石比橡胶沥青混合料在4组不同试验温度、9个不同荷载频率下的动态模量和相位角,然后根据时温等效原理,通过Sigmoidal函数和非线性最小二乘法拟合确定了混合料动态模量主曲线和不同温度间的平移因子。结果表明:橡胶沥青混合料动态模量随温度升高而降低,随加载频率减小而减小;在最佳油石比时橡胶沥青混合料动态模量最高,高温稳定性最好;参考温度为20℃的动态模量主曲线可以很好地拟合试验数据;动态模量平移因子并不适用于相位角主曲线;动态模量主曲线的建立为路面动态设计方法的形成提供了材料参数方程。     

基于动态模量试验的沥青混合料老化性能研究

为研究沥青混合料老化过程中的动态特性,对在不同温度条件下经受不同频率的动荷载的沥青混合料在不同老化期的动态模量进行试验,分析温度和荷载频率对动态模量及相位角的影响,采用车辙因子对沥青混合料的高温稳定性进行评价,并根据时间温度等效原理建立了不同老化程度的动态模量主曲线。研究结果表明：老化沥青混合料的动态模量和相位角具有明显的温度和频率依赖性,老化使沥青混合料动态模量增大,相位角减小。动态模量主曲线研究结果表明老化使沥青混合料的动态模量在整个温度（或频率）范围内变化幅度减小。     

密级配环氧沥青混凝土动态模量及其主曲线

环氧沥青混凝土是一种成熟的长寿命材料,寿命最长的钢桥面使用超过50年仍保持良好服务状态。动态模量是沥青路面设计重要参数和混合料性能评价指标。为分析长寿命环氧沥青混合料动态模量和相位角对温度和加载频率的依赖性,建立环氧沥青混合料动态模量的主曲线方程,为环氧沥青混凝土性能分析与预测奠定理论基础。本文在测定了环氧沥青混凝土EAC-13不同温度及加载频率条件下的动态模量,并根据时温等效原理,采用非线性拟合方式建立了动态模量主曲线。结果表明,环氧沥青混凝土的动态模量随温度升高及加载频率的降低而减小,仍呈现出典型的粘弹性特性,拟合的动态模量主曲线相关性好,可预测特定加载条件下的动态模量。     

橡胶沥青混合料的动态弯拉模量研究

为了研究沥青混合料的模量特性,应用UTM材料试验机分别采用四点弯曲和梯形梁两种试验方法测试采用70#基质沥青和橡胶沥青两种不同沥青的混合料动态弯拉模量和相位角,根据时温等效原理计算主曲线移位因子并绘制动态模量主曲线和相位角主曲线,分析橡胶沥青混合料的动态黏弹特性;对比分析两种动态弯拉模量试验方法对沥青混合料动态弯拉模量和相位角的影响。结果表明:沥青混合料动态弯拉模量受温度和荷载频率影响较大,随着温度升高而显著减小,同时随着频率增大而增大;高温时,橡胶沥青混合料的动态模量显著大于70#基质沥青混合料,拥有更好的高温性能;橡胶沥青混合料受频率(温度)影响较小,温度敏感性更好;两种试验方法得到的主曲线在低温阶段趋势一致,在高温阶段有所差别,梯形梁试验最低频率为10 Hz,而四点弯曲试验的最低频率为0. 1 Hz,拟合得到的主曲线高温阶段形状更加完整,能更有效地反映混合料高温时的动态力学性能。     

沥青混合料动态力学性能的围压应力依赖性研究

为了研究沥青混合料动态力学性能的围压应力依赖性,分别对AC-20(AH-30^#)和AC-25(AH-30^#)两种沥青混合料开展不同试验温度、不同扫描频率和不同围压水平的三轴动态模量试验。首先分析不同温度和频率条件下围压应力对沥青混合料动态力学性能的影响;其次基于时温等效原理分别采用Boltzmann和Gussamp函数模型绘制了基准频率为10 Hz沥青混合料动态模量和相位角主曲线。研究表明：当试验温度低于20℃时,不同扫描频率条件下,围压对两种沥青混合料的动态力学性能几乎没有影响;当温度为55℃,扫描频率为0.1 Hz时,AC-20(AH-30^#)和AC-25(AH-30^#)沥青混合料的最大动态模量比值分别为3.50和2.49,当试验温度为50℃,扫描频率为0.1 Hz时,最小相位角比则分别为0.59和0.65。高温状态下,围压水平越大,则沥青混合料动态模量比越大,相位角比越小,两种沥青混合料的动态力学性能具有显著的围压应力依赖性。沥青混合料动态模量和主曲线整体变化趋势相同,但在高温区域围压水平升高...     

界面脱层的钢桥面铺装结构温度应力分析

为了研究粘结层界面脱层破坏对钢桥面铺装结构温度应力的影响,采用有限元软件建立钢桥面铺装结构模型,施加温度荷载(基准温度35℃,铺装面层65℃,钢板底面45℃),分析粘结层不同脱层面积及不同脱层形式下铺装结构温度应力的变化情况。计算结果表明:粘结层界面脱层对铺装结构的温度应力影响显著,在贯穿脱层情况下,铺装结构的温度应力随脱层面积的增大而增大,50%面积脱层时的层间应力是完整粘结时的2倍多;粘结层不同脱层形式对铺装结构温度应力的影响不同,其中中间脱层对铺装结构的温度应力几乎没有影响,贯穿脱层、间隔脱层和旁边脱层由于破坏了层间粘结的整体性,对铺装结构温度应力影响较大。     

基于单轴压缩试验的环氧沥青OGFC混合料动态模量研究

为研究环氧沥青OGFC混合料的动态特性,采用UTM试验机,在-10、5、20、50℃以及0. 1、0. 2、0. 5、1、2、5、10、25Hz条件下,通过单轴压缩试验测试环氧沥青OGFC混合料的动态模量,并针对温度、加载频率对环氧沥青OGFC混合料动态模量的影响进行分析,依据时间—温度等效原理,通过非线性最小二乘法拟合分析建立环氧沥青OGFC混合料的预估模型。研究结果表明,环氧沥青OFGC混合料动态模量受温度的影响程度较大,随温度的升高而显著降低,同时也随频率的增大而增大。最后通过建立参考温度为20℃的环氧沥青OGFC动态模量主曲线,可为环氧OGFC沥青路面结构设计提供可靠的参数,对于环氧OGFC路面的推广使用具有重要意义。     

基于Han曲线的橡胶沥青结合料相态结构研究

根据橡胶沥青结合料的动态剪切流变试验变异性大的缺点,采用不同平行板间隙和不同目数的胶粉,研究不同温度和频率扫描下,橡胶沥青的复数剪切模量、相位角和相分离温度。结果表明:采用10%最大复数剪切模量作为橡胶沥青结合料动态剪切流变试验的应变控制条件能保证其结果符合线黏弹性假设,采用2 mm平行板间隙能获得试验结果的可重复性;随着橡胶粉粒径的减小,高温条件下橡胶沥青结合料Han曲线斜率逐渐增大,100目细度橡胶粉改性沥青出现相分离温度为70℃,而40,60目及80目胶粉制备的改性沥青相分离温度为60℃;不同温度-频率谱条件下的存储模量曲线出现平台区的温度与Han曲线所反映的相分离温度一致。     

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.     

不同荷载模式下沥青混合料的动态模量依赖模型

为准确地描述沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性,分别开展了不同条件下4种沥青混合料的两点弯拉和三轴围压动态模量试验.基于时温等效原理,采用Boltzmann函数模型建立了基准频率为10 Hz的沥青混合料弯拉和三轴动态模量主曲线,分析了试验方法对沥青混合料动态模量的影响,构建了不同荷载模式下的基于温度和荷载参数的沥青混...     

公铁同面大桥的桥面铺装耦合荷载效应

为分析铁路-公路荷载作用下公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的受力特点,以枝城长江公铁同面连续钢桁架梁桥面铺装结构为研究对象,采用等效抗弯刚度法简化桥面铺装层,建立公铁同面大桥整桥有限元模型,分析铁路荷载、公路荷载及铁路—公路耦合荷载对公铁同面钢桁梁桥桥面铺装组合结构的影响。结果表明桥面铺装层主要控制应力为顺桥向的纵向拉应力,铁路荷载和公路荷载对最大纵向拉应力耦合效应的贡献率分别约为62.5%和37.5%,对最大横向拉应力的荷载耦合效应的贡献率分别约为61.7%和38.3%。在铁路-公路耦合荷载作用下,枝城长江公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的最不利等效应力小于等效桥面铺装层材料的容许应力。     

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。     

低温-重载耦合作用下钢桥面铺装力学特性

针对钢桥面环氧沥青混凝土铺装结构,建立正交异性钢桥面铺装三维力学模型,研究低温-重载耦合作用下钢桥面铺装的力学特性,并与不考虑温度作用的结果进行对比分析。结果表明,低温-重载耦合作用下钢桥面铺装拉应力显著增大,最大拉应力可达荷载单独作用的四倍。     

国产岩沥青混合料动态模量研究

为了研究岩沥青改性沥青混合料的动态特性,应用简单性能试验机(SPT)测试了不同掺量岩沥青改性沥青混合料在不同温度和荷载频率下的动态模量与相位角,分析频率、温度对沥青混合料动态特性的影响。通过非线性最小二乘法采用Sigmoidal模型拟合沥青混合料动态模量曲线,根据时-温等效原理,确定了沥青混合料动态模量主曲线,结果表明:岩沥青改性沥青混合料可以有效提高混合料的动态模量,改善其力学性能。     

一种计入桥面铺装非完善接触效应的箱梁结构计算方法

采用有限元软件对桥面铺装与箱梁结构桥面板之间的非完善接触进行局部仿真分析,提取荷载一滑移曲线获得界面之间的剪切刚度,并在整体模型中用弹簧单元模拟界面之间的剪切刚度,对猫铺大桥结构进行三维空间分析.通过这种计算模式分析结构在荷载作用下的的整体响应,探讨比较了考虑混凝土与桥面铺装界面滑移对箱梁结构受力性能的影响.研究得出了考虑铺装层参与截面受力能提高结构开裂荷载和极限承载能力、增大结构刚度的结论.计算结果对考虑铺装层作用时箱梁计算提出合理建议,具有一定的经济和社会效益.     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。