水泥混凝土桥面沥青铺装层设计与力学性能.研究

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1、武汉理工大学博上学位论文1．1研究目的及意义第1章绪论随着我国公路交通事业的发展，大跨径桥梁逐渐增多，桥梁结构不断创新。桥面铺装层作为桥梁行车体系的重要组成部分，由于能大大缓和行车对桥面板的冲击，满足行车平稳、舒适的要求，越来越受到重视。铺装层的质量好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁的耐久性及投资效益。据调查统计，一条高速公路上的桥梁、通道和立体交叉等构造物的总长度通常要比普通路段短得多，但许多高速公路上构造物铺装层的各种损害要比普通路段严重得多。由于铺装层直接铺筑在桥面板上，其受力、变形及使用环境远较道路路面或机场道面复杂，

2、因而对其强度、柔韧性、高温稳定性及疲劳耐久性等均有较高的要求【l】。尤其是特殊地理环境下的大跨径桥梁桥面铺装层一旦破坏后，无论是维修或重新铺设都可能导致交通阻塞，所造成的社会效益和经济效益的损失将是不可估量的。桥面铺装层的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害[2113]。水泥混凝土桥面铺装层的各项受力性能、路用性能的要求与其所处的地理位置、气候环境及交通量等条件关系紧密，现行沥青路面设计规范对沥青铺装结构组合的设计主要从所用材料、工艺及厚度等方面作了指导性的说明，而没有具体的设计理论与方法，铺装层的设计更

3、是无章可循。桥而铺装层的设计与施工仍沿用传统的路用沥青混合料的做法，在进行桥梁结构设计时，对桥而铺装层一般不作专门的计算分析。因此造成了在实际设计中，桥面铺装层只作为桥梁工程的附属结构，设计者对其甚少花费精力，从而为桥面铺装的早期损坏埋下了隐患。随着交通量和重型车辆的增加，桥面铺装问题变得更加普遍。因此，水泥混凝土桥面铺装已经成为桥梁建设和发展中的一项重要技术，桥面铺装结构受力、铺装材料性能及结构组合的研究日益受到重视【4】【51。目前我国对大跨径钢桥面的桥面铺装的研究开展的比较广泛，也取得了一定成果；但对数量较多的大跨径的水泥混凝

4、土桥及组合桥的混凝土桥面铺装相关的研究及文献相对较少。在我国公路建设迅速发展的过程中，有必要对高速公路混凝土桥梁的桥面铺装结构展开系统的研究，明确铺装层结构的受力变形武汉理工大学博士学位论文特点以及对铺装层材料的性能要求，并研制开发相应的桥面铺装材料，从而指导混凝土桥面铺装的设计施工，提高桥面铺装的路用性能及使用寿命，进一步提高我国桥梁建设技术水平。本文主要以内蒙古省际通道段混凝土箱梁桥桥面铺装层为研究对象，沥青混凝土作为铺装材料展开系统研究。考虑到本研究依托的实体工程一内蒙古茂力格尔特大桥所处地区交通量大、载重车辆多(特别是超重车

5、辆日益增多)，夏季炎热、冬季寒冷，对沥青面层性能要求严格，有必要对该桥的桥面铺装结构进行研究，最终提出内蒙古地区水泥混凝土桥梁桥面铺装层的技术要求，明确铺装材料的性能要求，分析铺装层结构体系构成及相关影响因素，并优化设计沥青混凝土桥面铺装材料。本文将为内蒙古地区高速公路段混凝土桥梁桥面铺装设计与施工提供理论与试验参考依据，同时也将为桥面铺装的规范化积累数据，促进桥面铺装技术水平的进步。1．2国外研究现状1．2．1力学分析研究现状目前，国外对于钢筋混凝土桥面沥青铺装层研究较多，大多集中在材料的改性和铺装技术的研究，对桥面防水也极为重视

6、，但对于其理论和力学分析研究较少。法国DeBacker在对沥青混凝土桥面铺装层进行受力分析时认为荷载作用下桥梁的振动对于沥青铺装层的破坏影响不大16罐】；并且假定沥青铺装层与钢筋混凝土桥面板之间为完全粘接和完全脱窄两种情况进行分析计算。法国Tabchi采用一种薄纤维来模拟沥青铺装层与混凝土面板之间的粘接[91；在施加荷载作用时假定受力部位为方形。．西班牙Maria．C以弹性层状体系为理论基础【l01，受力面积为圆形，荷载为竖向作用力，针对铺装层与混凝土桥面板之间采用完全粘接与完全脱空两种进行分析计算：全文对于3种不同的桥面结构(T型

7、梁、箱形梁和全厚式桥面板)+4种沥青铺装层(6cm厚AC、10cm厚AC、4cm厚PA和2cm厚SMA)采用有限元法按照双层体系在计算最不利荷位的基础上，分析了沥青铺装层底部最大应力应变，并结合试验得出了疲劳计算公式。葡萄牙Silveira．A在对混凝土桥面板热效应分析中应用傅立叶热传导方程建立桥梁结构的边界条件及其温度场分布时【¨】【12】，考虑了沥青铺装层材料的温度特点对于桥面破坏的影响。美2武汉理工大学博上学位论文国加利福尼亚大学F．SeiNe在对钢筋混凝土桥面板上加铺全厚式混凝土来恢复和提高旧桥面板承载力的研究中[13】【1

8、4】，假定桥梁结构为非线性的各向异性体，采用二维9节点四边形单元模拟铺装层与桥面板之间的界面问题，并建立了夹层非线性滑动模型和弯曲模型。1．2．2铺装结构及材料研究现状铺装材料是桥面铺装的基础，为设计出性能优良的桥面铺装材料，各国道路