重載條件下鋼橋面澆注式瀝青鋪裝特性研究.pdf

1、近年來，隨著交通量的快速增加和超重車比例的提高以及交通車輛組成結構的改變，原有的鋼橋面鋪裝設計方法已不能有效控制澆注式瀝青鋪裝的病害。為此，本文結合江陰大橋重載交通鋼橋面瀝青鋪裝研究課題，研究解決重載交通荷載作用下鋼橋面鋪裝耐久性問題，特別是橋面系剛度不足情況下的鋪裝耐久性問題。
　　 從重載鋪裝的交通特性入手，收集分析了以江陰大橋為代表的典型重載交通及軸載組成，并在此基礎上，探討了適用于重載條件的荷載力學圖式。建立現(xiàn)場試驗橋驗

2、證計算所取的有限元模型尺寸及約束條件的合理性，并在此基礎上，對重載交通條件下的瀝青鋪裝層與防水粘結層的性能指標進行了分析。
　　 在參考國外相關研究成果的基礎上，完成了基于重載交通的高性能澆注式瀝青混合料組成設計。自行設計開發(fā)了可以自動恒溫和平行試驗的貫入度試驗儀，以確定初始最佳含油量。由高溫車轍試驗和低溫彎曲試驗確定最佳含油量，并通過劉埃爾流動度試驗、極限彎曲試驗、凍融劈裂試驗、溫縮性能試驗、疲勞試驗等進行路用性能系統(tǒng)檢驗。研

3、究結果表明，研發(fā)的新型澆注式瀝青混凝土整體性能優(yōu)于傳統(tǒng)意義上的澆注式瀝青混凝土，既保留了原有的各項傳統(tǒng)優(yōu)點，又大幅提高了混合料的高溫穩(wěn)定性。
　　 采用粘彈塑性理論，借助于Perzyna粘塑性流動準則，得到基于澆注式瀝青鋪裝變形特性評估的本構方程。采用三軸重復永久變形加載試驗確定本構方程中的材料常數(shù)，對建立的本構方程進行數(shù)值模擬，得到基于車轍控制的鋼橋面澆注式瀝青混合料永久變形預測方程，計算結果表明，基于車轍控制的澆注式瀝青使用

4、壽命預測結果與鋪裝實際使用情況較為吻合。
　　 由于澆注式瀝青混合料在重載交通作用下會產生明顯的永久變形，因此，有必要通過鋼橋面澆注式瀝青鋪裝的結構設計來達到控制車轍發(fā)展，提高鋪裝使用壽命的目的。本文對優(yōu)選的五種結構方案進行全面的性能對比測試，結果表明“下層澆注+上層環(huán)氧”的新型結構在技術性能上優(yōu)于“雙層澆注”與“下層澆注+上層SMA”等方案。在室內試驗的基礎上，對“下層澆注+上層環(huán)氧”復合結構建立了基于Miner損傷累加法則與

5、能量耗散的疲勞方程，由疲勞方程可知，重載交通條件將導致澆注式瀝青鋪裝復合結構的疲勞壽命急劇減少，因此，對重載交通進行合理控制非常必要。
　　 在江陰大橋主橋面選擇鋪裝破壞最嚴重的路段對“下層澆注+上層環(huán)氧”復合結構進行實橋對比試驗，進一步開展理論驗證、施工技術與質量控制體系的完備、材料與結構的施工效果檢驗、通車后各有關指標的實時檢測等專題研究，對比研究結果表明，該方案優(yōu)于江陰大橋原配比方案以及引進國外專利技術的改性澆注式瀝青瑪蹄

6、脂方案。
　　 采用實橋試驗段實測數(shù)據(jù)，考慮裂縫擴展對鋪裝車轍的影響，提出抗裂縫擴展因子的概念，對基于車轍控制的鋼橋面澆注式瀝青混合料永久變形預測方程進行修正，研究表明改進的永久變形方程預測結果與實際情況更為吻合。由于“下層澆注+上層環(huán)氧”鋪裝結構在通常情況下不會發(fā)生車轍，因此，本研究通過建立疲勞方程來預測其使用壽命。考慮鋪裝實際疲勞情況，得到改進的疲勞壽命預測方程，研究表明該方程預測結果與實際情況較為吻合。
　　 在實