夏季桥面沥青铺装层温度预估及其力学影响

为了准确预估桥面柔性铺装内的温度分布状况,根据传热学基本理论和导热微分方程相关理论,建立箱型梁桥桥面铺装温度数值预估模型,使用有限差分法对其进行了求解,结果表明夏季箱型梁桥桥面铺装全天均保持高温状态.并运用预估结果分析了连续高温天气对桥面铺装力学响应的影响,分析表明高温导致的温度梯度使得导致铺装层内应力更为不利.     

铺装温度差异规律的研究

该文从理论上分析了由于桥面铺装与普通路面铺装在结构及所处的地理环境的不同.不但造成作用在桥梁结构上的辐射作用以及热交换作用有很大差异,而且导致桥面铺装层与路面铺装层的温度分布和温差变化也存在很大差异.选择重庆鹅公岩大桥进行实地温度检测,验证了桥面铺装层与路面铺装层的温度分布和变化存在很大差异,为桥面铺装结构设计和混合料级配设计提供了很好的理论依据.     

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.     

基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装疲劳性能研究

采用损伤-断裂力学的方法,就基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行理论分析。为改善混凝土桥面铺装调平层与铺装层间的黏结、防水性能和避免铺装层早期开裂病害,提出基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装技术。基于黏弹性损伤模型的能量转换方法,对混凝土桥面薄层铺装复合结构的应力场、应变场及损伤场分布状况和演变规律进行研究。同时,建立了结构的疲劳寿命理论预测公式。结合沪苏浙高速公路江苏段三白荡特大桥桥面铺装实体工程,对基于环氧沥青黏结层的沥青混凝土铺装层疲劳寿命预估模型进行现场验证。结果显示,基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装具有很好的抗疲劳性能。     

夏季桥面沥青铺装层温度预估及其力学影响

为了准确预估桥面柔性铺装内的温度分布状况,根据传热学基本理论和导热微分方程相关理论,建立箱型梁桥桥面铺装温度数值预估模型,使用有限差分法对其进行了求解,结果表明夏季箱型梁桥桥面铺装全天均保持高温状态。并运用预估结果分析了连续高温天气对桥面铺装力学响应的影响,分析表明高温导致的温度梯度使得导致铺装层内应力更为不利。     

泰州大桥刚柔复合型钢桥面铺装高温服役状态研究

温度对混合料的路用性能有较大的影响,特别是在高温条件下其稳定性变差,严重影响使用效果。泰州大桥作为世界首座三塔两跨钢箱梁悬索桥,采用国内首创的"下层浇注+上层环氧"铺装结构,其在不同工作条件下的温度状况尤其值得研究。通过对泰州大桥正交异性钢桥面铺装进行长期监测,获取钢桥面铺装使用温度数据并对其分布及变化状况进行了深入分析研究,结果表明:高温条件下钢桥面铺装的温度竖向分布呈现环氧层顶>浇筑层顶>钢桥面板>桥面空气;铺装温度传导存在延迟效应,温度由上而下依次达到峰值,一日内最大温度超过35℃;洒水降温对于控制钢桥面铺装温度有明显效果,同时可以有效地降低车辆荷载所产生的钢桥面铺装应变,并在一定程度上减轻荷载产生的位移。     

钢桥面浇注式沥青+改性沥青SMA铺装结构疲劳抗裂性能评估

为评价钢桥面铺装材料抗疲劳开裂性能,采用四点弯曲试验进行不同温度和应变条件下的高弹改性SMA10疲劳试验,建立不同温度下的疲劳行为方程;通过有限元模型提取铺装层顶面最大弯拉应力,计算SMA10在不同温度区间疲劳损伤度,建立钢桥面铺装疲劳开裂预估模型。研究结果表明,温度和应变对钢桥面铺装开裂影响显著;温度每升高10℃,高弹改性SMA10的疲劳寿命提高4~5倍;应变条件和疲劳寿命之间具有很好的指数函数关系,其相关性系数均大于0.9;通过预估模型结果表明,浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青SMA10结构的疲劳开裂寿命为16年,其预估结果为钢桥面铺装方案的选择提供了理论依据。     

基于非稳态温度场解析解的沥青混凝土路面温度分布研究

研究以实测气象资料来预估沥青混凝土路面结构层内温度场的分布状况为目的.通过分析太阳辐射、大气温度两种主要影响参数,运用传热学理论建立沥青混凝土路面二维非稳态温度场解析方程.并在云南大理地区埋设温度传感器进行实时数据采集,对计算模型和实测数据相关关系进行了对比分析.最终在云南省不同温度分区基础上,计算得到不同路表温度的结构内部温度分布曲线.研究结果表明:建立的以太阳辐射和大气温度日变化规律为基础的温度场解析方程模型计算结果与实测结果相比,误差最大3℃左右;温度分布曲线反映出在不同路表温度时,结构内部一定深度内温度分布的规律性和温度梯度的改变趋势,能有效地帮助材料设计,计算结果证明了该模型的合理性和有效性.     

混凝土桥面沥青铺装层受力敏感性分析

针对混凝土桥面沥青铺装层,进行铺装层沥青混凝土的受力分析,包括铺装层的粘结层结构状态、水平作用力、温度、超载的敏感性分析。同时为了明确对铺装层沥青混凝土的性能要求,把铺装层的受力状态与普通路面结构的受力状态进行对比分析,分析结果表明粘结层结构状态、水平作用力、温度及超载对铺装层受力状态有显著影响,桥面铺装受力情况比路面面层结构不利,因此应提高桥面铺装沥青混凝土的性能,尤其是沥青混凝土的抗疲劳性。     

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。     

钢桥面铺层温度场分析

为了准确确定钢桥面铺装层的使用温度条件,在分析钢桥面铺装温度场影响因素的基础上,结合钢箱梁桥梁段构造特点,确定了钢桥面铺装温度场的边界条件。并以热传导定律为基础,采用Abaqus有限元软件建立了含钢箱梁的桥面铺装层温度场分析模型,采用多个特征日温度条件参数,对钢桥面铺装表面、高弹改性沥青混合料SMA10与浇注式沥青混合料GA10层间、钢桥面顶板温度场变化规律进行了分析,结果表明:钢桥面铺装层使用温度区间为-10~70℃,具有夏季使用温度高、高温作用时间长的特点,使用温度超过50℃的持续时间可达13 h以上;在不同气候环境下,钢桥面铺装层不同深度处最高温度的滞后现象不明显,同时刻的最高温差仅为4. 4℃,但SMA表面与钢箱梁内部空气最大温差可达20. 3℃,与环境最大温差可达30. 7℃。此外,建立了关于太阳辐射强度、环境温度与钢桥面铺装层使用温度的计算模型。计算模型回归分析结果表明:太阳辐射强度对不同层位温度差影响较大,且影响程度高于环境温度。最后,结合现场监测数据,对计算模型进行了验证与修正,确定系数b的取值为1. 358,并对系数a进行了修正,使计算模型趋于简化,更为准确。     

环氧沥青混合料疲劳衰变特性试验

为获取钢桥面铺装环氧沥青混合料的疲劳衰变特性,首先基于正交异性桥面板-铺装层组成的复合结构模型,计算出标准胎压、超载50％以及超载100％胎压作用下铺装层的最大拉应变,作为疲劳试验应变水平的选取标准;然后,采用小梁四点弯曲疲劳试验对3组不同温度和不同应变条件下的环氧沥青混合料疲劳性能进行测试;最后,利用威布尔公式对不同温度与应变条件下的环氧沥青混合料疲劳寿命与疲劳裂纹扩展时的作用次数进行预测.结果表明:环氧沥青混合料初始模量大小仅与温度相关,与应变水平无关;在10℃和20℃时,1.38 MPa以下胎压以及30℃时0.7 MPa胎压作用500万次均不发生疲劳破坏;30℃时,1.1 MPa和1.38 MPa胎压分别作用66 833次和35 480次出现疲劳损坏现象;相同应变作用下,试验温度越低,小梁疲劳破坏越快;环氧沥青混合料疲劳曲线可明显分为试验设备稳定、疲劳裂缝启裂、疲劳裂缝扩展3个阶段.研究结果可为环氧沥青混合料铺装疲劳寿命预估以及预防性养护提供理论依据.     

钢桥面浇筑式铺装层微波加热试验研究

为了高效、高质量地修复钢桥面病害,采用微波对钢桥面浇筑式铺装层试样进行加热,采集了沥青混凝土及钢板在加热过程中的温度参数,加热结束后对沥青混凝土与防水层进行了分离,并对单个磁控管、磁控管阵列的试验结果进行了对比。结果表明:阵列加热5～6 min,钢桥面浇筑式铺装层表面温度为170℃左右;浇注式沥青混凝土与防水层结合面温度为80℃左右时,沥青混凝土与防水层容易分离,加热温度越高越容易分离,但加热温度过高会引起沥青混凝土表面产生老化、烧焦等现象。     

SMA层下二阶热固性环氧沥青黏结层的试验研究

在夏季高温天气下桥面温度高达60℃以上,桥面铺装结构中的常规沥青类粘结层的黏附能力会随温度升高大幅下降,造成沥青铺装面层与下层之间的黏结及抗剪强度不足而发生剪切推移病害.采用二阶环氧沥青作为SMA层下的防水黏结层进行了试验研究,验证了其作为SMA层下防水黏结层的可行性.     

沥青路面沥青层偏应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用BISAR软件计算分析沥青路面不同温度区间沥青层偏应力沿深度方向的分布规律;并通过计算大量路面结构,分析总结出沥青层偏应力分布随行车速度、基层模量、基层厚度和面层厚度改变的变化规律。研究结果表明:全温域条件下,不同温度区间和不同轴载等级的沥青层偏应力分布呈现一定的相似性,均先增大后减小,且均在距路表0.06m~0.10m范围内出现最大偏应力,中面层是最大偏应力作用的主要集中区域。沥青层最大偏应力随泊松比的增大而减小,且随着温度的增大,泊松比对偏应力的影响有降低的趋势。在固定评价基准的情况下,给出了不同温度区间行驶速度、基层模量、基层厚度、面层厚度变化时沥青层偏应力变化系数。行车速度、基层模量和面层厚度在温度区间为(35~40]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,分别达到7.74%、7.08%和25.76%。基层厚度在温度区间为(25~30]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,达到12.92%。根据伽玛分布曲线概率密度函数建立了沥青路面沥青层偏应力分布预估模型,拟合得到不同面层厚度不同温度区间的偏应力分布预估模型参数,从而可以求出沥青层不同温度区间任意深度处的偏应力分布。     

钢桥桥面铺装结构温度场分布的回归分析

以新建钢桁架桥的沥青桥面铺装结构为研究对象进行温度场的实测,根据夏季高温季节和冬季低温季节对铺装结构温度场的实测结果,研究了温度场的分布规律,分析了温度造成钢桥面铺装结构破坏的原因,并对钢桥面铺装与一般桥面铺装及路面温度场进行了对比分析.并利用SPSS统计分析软件探讨了桥面铺装结构极端温度计算关系式,可为桥面铺装结构的...     

高温条件下沥青路面结构剪应变分析

为了研究福建省新型沥青路面结构抗高温车辙性能,采用BISAR模型,结合福建省沥青路面高温数据,计算了沥青混合料动态模量和两种路面结构的沥青层剪应变。结果表明:沥青路面温度场变化非常大,其中层位越浅,受大气温度影响越大,温度变化也越大,1 d中沥青温度沿深度方向出现等温的情况是非常短暂的,沥青路面设计规范中假定的15℃或20℃等温状态在实际路面中很难存在;沥青路面温度场的变化影响沥青混合料模量值及沿深度方向的分布,在20:00—8:00各沥青层模量沿深度方向降低,此时较为符合现行设计规范中推荐各层模量的变化趋势,但是在其他时间段则不符合这一趋势;不同时刻沥青路面结构内部剪应变水平、剪应变分布及结构最大剪应变层位会有较大的变化,采用静态、单一条件下剪应变分析结果难以全面认识路面剪切破坏机理;不同结构剪应变的温度敏感性不同,在高温条件下半刚性结构的剪应变温度敏感性高于新型结构,而且气温≥30℃、路表温度大于36℃的条件下,新型结构最大剪应变值、应变90%~100%区间均低于半刚性结构,说明新型结构沥青路面抗高温车辙性能优于半刚性结构;新型结构的结构最大剪应变及应变90%~100%区间主要分布在中面层,因此在福建省中面层要求采用SBS改性沥青非常关键,同时对于重载、超载车较多的路段,应变90%~100%区间、80%~90%区间到达下面层(新型结构的上基层)的上部,因此建议福建省新型结构的上基层第1层8 cm ATB-25采用50#或30#沥青。     

沥青路面老化与温度场引起的模量梯度研究

由沥青路面老化与温度引起的模量梯度是造成路面Top-Down裂缝的主要原因,为对Top-Down裂缝进行开裂预估,本文通过计算路面不同深度的平均温度得出路面的温度场分布,研究沥青路面老化随龄期、温度、空隙率和深度的发展变化规律,建立老化预估模型。根据老化预估模型中沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系,得到沥青混合料随老化时间、温度、深度、空隙率变化的梯度模量。研究结果表明:通过全寿命沥青路面结构的老化预测模型、沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系式,可建立不同老化程度和动态模量之间的关系。     

环氧沥青混凝土钢桥面铺装的弯曲特性

采用理论分析与室内试验相结合的方式，研究了环氧沥青混凝土钢桥面铺装的弯曲特性。首先采用有限元方法分析了正交异性钢桥面铺装的变形特性，然后完成了3根环氧沥青混凝土铺装复合梁试件在弯曲荷载作用下的应变分布测试，以及一15—70℃温度条件下复合梁试件静、动载挠度的测试。结果表明，正交异性钢桥面及其铺装层的局部变形特性可用简支复合梁试件模拟，应变沿环氧沥青混凝土铺装复合梁截面高度的分布为线性，环氧沥青混凝土铺装层与钢板界面上应变不连续，温度对复合梁挠度的影响为S形分布，对动静载挠度比的影响为V形分布。