正交異性鋼橋面復合鋪裝結構研究.pdf

1、正交異性鋼橋面鋪裝技術一直是困擾道路工程界與學術界的難題之一，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、風載、地震等自然因素共同影響，其受力和變形非常復雜，這直接導致其鋪裝層受力更復雜、更不利。而瀝青混凝土本身抗拉、抗剪和抗壓各方面強度均較小，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構受力非常復雜，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大。 因此，本文在現(xiàn)有研究基礎上，針對正交異性鋼橋面板特點，通過調查、理論分析與室內試驗研究，分析了正交異性鋼橋面鋪裝的受力特點和使用要求；借鑒鋼-混凝土組合結構所具備獨特的優(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)+輕質聚合物水泥砂漿(LPCM，鋪裝下層)”新型復合鋪裝結構，并通過理論和試驗檢驗了該鋪裝方案的整體性能。 首先，根據對國內

3、外正交異性鋼橋面鋪裝層病害的調查與分析，總結鋪裝層使用過程中出現(xiàn)的主要破壞類型，提出鋪裝層相應的四個主要設計指標：鋪裝層表面拉應力、鋪裝層與鋼橋面板層間剪應力、鋪裝層垂直壓應變和鋪裝層剪應力。 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構的響應特性，并分析鋪裝層各主要設計指標與鋪裝過渡層模量、鋪裝層厚度的關系；在此基礎上，借鑒鋼.混凝土組合結構的研究成果，

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

5、漿進行配合比設計、抗折抗壓強度試驗、疲勞性能試驗、極限彎拉應變試驗和氯離子滲透等試驗研究，研制出具有輕質、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，并通過作用機理分析得知具有高抗拉強度的聚合物膜是顯著改善LPCM力學性能的根本原因。 再次，進行鋪裝層與鋼板層間穩(wěn)定性試驗、鋪裝層層間穩(wěn)定性試驗、高溫穩(wěn)定性試驗和新型復合鋪裝結構與鋼板熱相容耐久性試驗研究，考察新型復合鋪裝結構的溫度和強度穩(wěn)定性

6、；并采用經典損傷理論，針對本文研制的SMA13和LPCM兩種鋪裝層材料的單梁四點彎曲疲勞試驗過程進行疲勞損傷分析，并將疲勞損傷分析結果與相應的疲勞試驗結果進行對比，驗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測方法。此外，還分別進行了含鋼板的新型復合鋪裝結構和傳統(tǒng)雙層SMA鋪裝結構兩種鋪裝結構的復合梁疲勞試驗，對比該兩種鋪裝結構的疲勞壽命，發(fā)現(xiàn)新型復合鋪裝比傳統(tǒng)結構疲勞性能更優(yōu)異。 最后，針對本文提出的正交異性