大跨徑鋼橋橋面鋪裝設計關鍵技術研究.pdf

1、近年來隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展,已建成或正在建設的大跨徑橋梁逐漸增多,國內(nèi)外的經(jīng)驗表明,大跨徑橋梁(包括斜拉橋和懸索橋)最有效的結構形式之一是加勁的鋼箱梁橋.由于瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能,大跨徑鋼箱梁橋正交異性橋面板大多數(shù)采用瀝青混合料鋪裝,它一般由防銹層、粘結層、瀝青混合料鋪裝層構成,直接鋪筑于鋼箱梁頂板之上,總厚度在35~80mm之間.由于大跨徑鋼箱梁橋橋面鋪裝的使用條件、施工工藝,質量控制與要求的特殊性,對它的強度、抗疲勞性能、

2、抗車轍性能、抗剪切性能及變形協(xié)調(diào)性等均有較高的要求,國內(nèi)外尚未得到普遍有效的橋面鋪裝設計理論與方法,深入研究大跨徑鋼橋橋面鋪裝設計關鍵技術具有重要的意義和應用價值.本文首先介紹了國內(nèi)外大跨徑橋梁建設及橋面鋪裝概況,調(diào)查與分析了大跨徑鋼橋橋面鋪裝的主要破壞類型,提出了需要解決的主要問題,并針對大跨徑鋼橋橋面鋪裝研究現(xiàn)狀與存在的問題,提出本文研究內(nèi)容、技術路線及研究目標.其次,給出了鋼橋面鋪裝體系有限元計算的基本原理及假設,根據(jù)國內(nèi)大跨徑鋼

3、橋常用的鋼箱梁正交異性橋面板及鋪裝結構參數(shù),應用通用有限元ANSYS軟件建立有限元模型并進行大量的力學計算.分析了鋼橋面鋪裝結構的各力學指標與鋼箱梁橋面板及鋪裝結構參數(shù)的關系,給出各力學指標與荷載的回歸擬合模型,它們近似成線性關系.通過設置縱隔板的正交異性鋼橋面鋪裝體系力學特性及縱隔板兩側加勁肋剛度對鋼橋面鋪裝體系受力的敏感性分析,指出縱隔板上方鋪裝層表面出現(xiàn)更明顯的應力集中,它可以通過改變縱隔板兩側加勁肋剛度得以降低,而且縱隔板上方鋪

4、裝層表面最大橫向拉應力或應變與縱隔板兩側加勁肋剛度有很好的相關關系.再次,采用基本方法分析了鋼橋面瀝青混合料鋪裝體系疲勞特性,建立的疲勞方程可用于軸載換算.應用能量法分析了鋼橋面瀝青混合料鋪裝體系疲勞特性,提出了它的疲勞壽命預測方法及公式,同時應用損傷-斷裂力學方法,從力學近似法角度初步探索鋼橋面瀝青混合料鋪裝體系復合結構疲勞過程中的力學行為及其疲勞裂縫形成機理,給出了它的疲勞壽命預測公式.通過南京長江第二大橋鋼橋面鋪裝體系疲勞試驗結果

5、的實例分析,指出了用損傷,斷裂力學方法預測的鋼橋面瀝青混合料鋪裝體系的疲勞壽命比能量法預測的疲勞壽命小,表明環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝具有很好的疲勞性能.通過分析表明,鋼橋面鋪裝的車轍病害主要是由熱塑性類瀝青混合料鋪裝層的剪切變形或塑性流動造成的,壓密會增加鋪裝車轍量而不足以形成車轍破壞,它只出現(xiàn)在開始階段.影響鋼橋面鋪裝車轍的因素包括內(nèi)在因素和外部條件,評價鋼橋面鋪裝車轍的試驗方法可以參照評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的一些試驗方法,車轍的控制指標

6、可以采用鋪裝層瀝青混合料容許永久應變ε<,p>(或厚度減薄量△h)和鋪裝層容許車轍深度RD,其容許值可參照瀝青路面標準.通過國內(nèi)外瀝青路面車轍預估方法及模型的歸納與分析,利用通用有限元ANSYS軟件提供的蠕變模型和層-應變法,提出了鋼橋面熱塑性類瀝青混合料鋪裝車轍預估方法及模型,并研究了車轍預估模型中參數(shù)的確定方法.實例分析表明,本文提出內(nèi)鋼橋面鋪裝車轍預估方法是可行的.根據(jù)鋼橋面瀝青混合料鋪裝設計必須控制的主要破壞形式,提出鋼橋面鋪

7、裝結構設計指標體系,可分為兩類:一是疲勞指標,二是車轍指標,進而提出了遵循該設計指標體系等效的軸載換算原則,應用疲勞掌效和車轍等效原理,推導出鋼橋面瀝青混合料鋪裝體系軸載換算公式.根據(jù)室內(nèi)疲勞試驗及力學分析結果,確定了基于疲勞等效的軸載換算公式中的指數(shù)n和其他軸型與輪組軸載換算為單軸雙輪組軸載換算系數(shù)C<,1>和C<,2>.基于車轍等效的的軸載換算公式中的參數(shù),可通過車轍、蠕變等試驗及力學分析來確定.推導出的鋼橋面鋪裝體系軸載換算公式經(jīng)