考虑温度-车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com◎考虑温度一车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析刘云(河海大学土木与交通学院，江苏南京210098)摘要：为了研究环境与车载耦合作用对混凝土桥铺装层受力的影响，首先推导材料特性随温度变化的沥青混合料桥面铺装在温度一车辆耦合作用下的应力有限元计算公式。然后采用有限元方法建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型，通过现场实测和仿真计算，分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车辆荷载耦合作用下的铺装层拉应力。计算结果表明：拉应力峰值出现在桥墩上方对应的铺装层表面，较易较早出现开裂

2、破坏；考虑铺装各层结构温度梯度变化后，耦合作用下的横向拉应力峰值在中午处于谷值，纵向拉应力峰值变化不明显；耦合荷载作用下的横向拉应力峰值比车辆荷载作用情况增加2．76倍，纵向拉应力峰值涨幅为42％。在铺装层的设计中必须考虑温度荷载的作用。关键词：混凝土桥；桥面铺装；准低温；温度一车辆耦合0引言式，然后结合沪杭高速公路拓宽工程中的箱梁段高架混凝土箱梁桥沥青混凝土铺装层作为铺装体系结桥，建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型，最构的面层完全裸露于自然环境中，虽然沥青混合料具后分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车

3、辆荷载有很高的抗压强度，但是其抗拉能力却较低。在季节耦合作用下的铺装层拉应力，探求铺装层开裂的破坏周期性变化的温度场作用下，桥面铺装内部将产生较机理。大的温度应力，再加上车辆荷载的反复作用，势必导致沥青混合料桥面铺装层的开裂破坏。研究桥面铺装层1温度一车辆荷载耦合作用有限元分析在车辆荷载和温度荷载耦合作用下的力学响应分布是当沥青混凝土各部分温度发生变化时，物体由于探求开裂破坏机理的基础，为结构与材料的设计提供热变形将产生线应变a(T—T。)，其中a是沥青混凝土理论依据。产生温缩变形时的热膨胀系数；T是弹性体内任

4、一点关于水泥混凝土桥桥面铺装层温度效应的研究主现时的温度值；T。是初始温度值_7]。如果物体受到约要集中在温度场分布，借助工程所在地的气象资料，确束或者各部分的温度变化不均匀，使得物体的热变形定温度场的边界条件和初始条件，建立二维或三维温不能自由进行时，则会在物体中产生温度应力。当弹度场模型¨l_3_，分析得到温度梯度变化。部分学者建立性体的温度场已经求得时，就可以进一步求出弹性体了桥面铺装与桥梁的复合结构模型，分析了铺装与桥各部分的热应力。梁之间的温度梯度产生的温度应力I4]。另有学者采沥青混凝土由于热变形只

5、产生线应变，而剪切应用实验手段或有限元方法分析了沥青路面的温度场与变为零。这种由于热变形产生的应变可以看作是物体车辆荷载之间的耦合作用-。但是，关于水泥混凝土的初应变e。。对于三维问题，￡。的表达式是桥桥面铺装层在车辆一温度耦合作用下的应力分布鲜e0一口(丁一To)[111000(1)见报道。式中：a是材料的热膨胀系数(1／℃)；T。是物体的初本文推导了材料特性随温度变化的沥青混合料桥始温度场；T是结构的物体瞬态温度场。T可由温度面铺装在温度一车辆耦合作用下的应力有限元计算公场分析得到的单元结点温度丁．通过插值

6、求得，即可按下式计算得到[7]：收稿日期：2O13O7一O7T一∑N(z，Y，z)T，一NT(2)基金项目：上海建交委科研项目(2009—003—006)；中国博士后基i—l金(201lO491342)；江苏省博士后基金(1lOlO18C)在物体中存在初应变的情况下，应力应变关系可16上么咯No．32013学兔兔www.xuetutu.com⋯⋯一s◎表不成：载荷。这里载荷向量表达为口一D(￡一￡o)(3)P—P，+P(9)0式中：D为表征应力和应变之间弹性关系的弹性式中：P，是车辆荷载等外荷载引起的载荷项；P

7、是温矩阵。度应变引起的载荷项[7]。不计体力时弹性静力方程如下(柱坐标系)：rP一∑JIBD￡。(10)na++-0r。Oz’式(10)中：B为应变矩阵。稳态温度应力计算在温度场分析后进行。至于瞬态温度应力的计算，可以在每詈a+’ar+。r㈩一时间步的瞬态温度场计算后进行，也可以在整个瞬当考虑弹性模量、泊松比和线收缩系数为温度的态温度场分析完成后，再对每一时间步或指定的若干函数时，应力和应变关系可以写成：步进行【_7]。一n+6(+等)+c2荷载条件一n+6(+)车辆荷载对桥面的作用是多方面的，就荷载的方向而言

8、，有垂直荷载和水平荷载。另外，沥青混凝土桥a警+6(+)面在太阳辐射和大气对流热交换的共同作用下产生可—(+)㈤观的路表温度。一天内不断变化的路表温度通过热传导，沿桥面厚度方向产生不稳定的热流，因此形成较大式(4)和式(5)中：“、W分别为水平、竖向位移分的温度梯度，而沥青混合料对温度的变化极为敏感，强别为；r、、z方向的应力，r2r为剪切应力。度受温度的影响很大；因此，在这种温度梯度