正交異性鋼橋面復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、正交異性鋼橋面鋪裝技術(shù)一直是困擾道路工程界與學(xué)術(shù)界的難題之一，至今尚未得到妥善解決。正交異性鋼橋面板柔度大、局部變形大，并受到行車荷載與溫度變化、風(fēng)載、地震等自然因素共同影響，其受力和變形非常復(fù)雜，這直接導(dǎo)致其鋪裝層受力更復(fù)雜、更不利。而瀝青混凝土本身抗拉、抗剪和抗壓各方面強(qiáng)度均較小，與鋼橋面板的性能差異大，在交通荷載和環(huán)境因素共同作用下鋪裝層和層間等整個鋪裝結(jié)構(gòu)受力非常復(fù)雜，疲勞開裂、車轍和脫層等瀝青混凝土鋪裝層早期病害非常普遍，即想

2、按傳統(tǒng)瀝青混凝土鋪裝理念解決正交異性鋼橋面鋪裝問題的難度相當(dāng)大。 因此，本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，針對正交異性鋼橋面板特點(diǎn)，通過調(diào)查、理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)研究，分析了正交異性鋼橋面鋪裝的受力特點(diǎn)和使用要求；借鑒鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)所具備獨(dú)特的優(yōu)勢及其在土木工程中所取得的巨大成果，提出“SMA13(鋪裝上層)+輕質(zhì)聚合物水泥砂漿(LPCM，鋪裝下層)”新型復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)，并通過理論和試驗(yàn)檢驗(yàn)了該鋪裝方案的整體性能。 首先，根據(jù)對國內(nèi)

3、外正交異性鋼橋面鋪裝層病害的調(diào)查與分析，總結(jié)鋪裝層使用過程中出現(xiàn)的主要破壞類型，提出鋪裝層相應(yīng)的四個主要設(shè)計指標(biāo)：鋪裝層表面拉應(yīng)力、鋪裝層與鋼橋面板層間剪應(yīng)力、鋪裝層垂直壓應(yīng)變和鋪裝層剪應(yīng)力。 其次，以鋪裝層與含加勁肋和縱橫隔板的正交異性鋼橋面局部梁段作為計算對象，開展有限元分析，確定典型正交異性鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性，并分析鋪裝層各主要設(shè)計指標(biāo)與鋪裝過渡層模量、鋪裝層厚度的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，借鑒鋼.混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究成果，

4、提出SMA+LPCM過渡層的新型復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)，并確定各鋪裝層厚度和層間剪力連接件構(gòu)造等設(shè)計計算方法。 然后，依托廣東省交通廳交通建設(shè)科技項(xiàng)目“重載和高溫作用下瀝青路面罩面結(jié)構(gòu)和材料研究"，進(jìn)行材料選擇、級配設(shè)計和馬歇爾試驗(yàn)，設(shè)計出高性能的SMA13鋪裝表層，并通過高溫車轍試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等，系統(tǒng)地研究了復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)SMA13表層的各項(xiàng)路用性能，并結(jié)合實(shí)體工程進(jìn)行了驗(yàn)證。同時，通過對摻加丙烯酸乳液的輕質(zhì)水泥砂

5、漿進(jìn)行配合比設(shè)計、抗折抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、疲勞性能試驗(yàn)、極限彎拉應(yīng)變試驗(yàn)和氯離子滲透等試驗(yàn)研究，研制出具有輕質(zhì)、剛性過渡、優(yōu)良抗疲勞、優(yōu)良抗彎拉等性能、適用于正交異性鋼橋面鋪裝過渡層的LPCM，并通過作用機(jī)理分析得知具有高抗拉強(qiáng)度的聚合物膜是顯著改善LPCM力學(xué)性能的根本原因。 再次，進(jìn)行鋪裝層與鋼板層間穩(wěn)定性試驗(yàn)、鋪裝層層間穩(wěn)定性試驗(yàn)、高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)和新型復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)與鋼板熱相容耐久性試驗(yàn)研究，考察新型復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)的溫度和強(qiáng)度穩(wěn)定性

6、；并采用經(jīng)典損傷理論，針對本文研制的SMA13和LPCM兩種鋪裝層材料的單梁四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)過程進(jìn)行疲勞損傷分析，并將疲勞損傷分析結(jié)果與相應(yīng)的疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證所提出疲勞損傷模型的正確性，探索這兩種材料疲勞壽命的理論預(yù)測方法。此外，還分別進(jìn)行了含鋼板的新型復(fù)合鋪裝結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)雙層SMA鋪裝結(jié)構(gòu)兩種鋪裝結(jié)構(gòu)的復(fù)合梁疲勞試驗(yàn)，對比該兩種鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，發(fā)現(xiàn)新型復(fù)合鋪裝比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)疲勞性能更優(yōu)異。 最后，針對本文提出的正交異性