钢桥面环氧沥青混凝土铺装低温力学性能分析

《钢桥面环氧沥青混凝土铺装低温力学性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

?_Plt守钢桥面环氧沥青混凝土铺装低温力学性能分析孙成利、张晨’’卢杨’，山西省大同公路分局山西大同公路养护技术国家工程研究中心北京，，中公高科养护科技股份有限公司北京交通运输部公路科学研究院，北京，摘要：大跨径钢桥面铺装是大跨径桥梁建设中的难点。本文研究钢桥面环氧沥青混凝土铺装低温力学性能应用有，限元软件建立钢箱梁和铺装的三维有限元模型，分析了低温条件下钢桥面环氧沥青混凝土铺装的温度应力和荷载应力采用断裂强度和弯曲强度进行了判定研究表明铺装的强度满足低温使用需求。，并，关键词：环氧沥青混合料；低温；钢桥面铺装；有限元；温度应力中图分类号文献标识码：：基于目前钢桥面环氧沥青混凝土铺装的裂缝类表钢桥面铺装有限元模型参数型’以及铺装中低温裂缝形成机理，在已有铺装的裂技术指标计算参数主要有钢箱梁顶板厚度缝中基本没有因温度应力的作用而产生裂缝，两个原因：、特殊性，目前的环氧沥青混凝土铺装横隔板间距桥梁所在的环境温度比较高，温度变化速率比较小；横隔板厚度、普遍性，钢箱梁随着温度的变化也和铺装保持基纵隔板厚度本相同的变形方向，实际的温度应力比完全约束的温顶板梯形加劲助厚度度应力要小，且均存在应力松她。因此，分析低温条梯形加劲助上口宽度件下温度应力很有必要。梯形加劲助下口宽度环氧沥青混凝土铺装和钢桥面板之间的线收缩系梯形加劲助间距数存在差异，在温度变化过程中，彼此的冷却或收缩梯形加劲助高度程度不一致，从而产生温度应力。同时，车辆行驶于环氧浙青铺装层厚度铺装上’又产生了荷载应力。本文采用有限将正交异性桥赚体系、铺装层作为整体，采用软件，分析了低温条件下铺装的温度应和荷载三维板壳单元结合实体单元建立補元模型，为提高力’然后结合环氧沥青混合料相应强度进行判定。计算精度，离散化过程中对荷载作瓶域的单元贿了细化有限元分析模型如图图所示。有限元模型及计算参数，环氧沥青混凝土铺装温度应力和荷载应力分析，采用相同的钢箱梁结构和铺装结构，区别仅在于进行热分析和结构分析的时候所采用的单元类型和环氧沥三讓铺装体系繊元模型纵向取藤斜拉索之间的标准节段，観对称顧，横向取半幅钢箱梁，翻尺寸力。计算参数根据钢箱梁几何尺寸选取，详见表。图钢箱梁铺装结构模型温度应力分析模型参数钢箱梁结构作者简介：孙成利（男，山西大同人，工程师，主要从事公路管理工作。年期（总第期） ../-"Ci隧王稈…钢箱梁结构热分析模型参数均参考文献拟定，见初始温度场表。影响钢箱梁和桥面铺装的温度分布的因素众多，表钢箱梁结构热分析模型参数比如结构物所处地理位置，结构物的方位角，太阳的技术指标计算参数辐射强度等’在结构物内外表面处还不断地以对流、钢材弹性模量福射和热传导等方式与外界进行着热交换，因此，结钢材泊松比构物处于十分复杂的换热过程中，整个铺装结构温度」场的分布十分复杂导热系数。比热容低温条件下，分析钢桥面环氧沥青混凝土铺装的线收缩系数温度应力，为简化！计算，假设铺装结构初始时刻温度°且均勾分布环氧青、混凝土铺装为，温度应力为。假设钢相梁的力环氧沥青混凝土铺装温度应力分析模型参数中，初始松弛模量和线收缩系数为试验研究计算得到图的有限兀模型进行稳态温度场分析’结果图，？白松比、导热系数和比热参考文献拟定，见表。表铺装温度应力分析模型参数技术指标计算参数初始松池模量环氧浙、混合料泊松比导热系数比热容——线收缩系数荷载应力分析模型参数图初始温度场分布钢箱梁荷载应力分析时的模量、泊松比和热分析温度条件一些城市的气相同参考相关研究的低温条件下环氧沥青混凝土铺为进行温度应力分析，统计了北方装模量，选，铺装在低温下荷载应力分析中的模型参数见温资料取了温差较大的气温资料用于温度应表。力的分析，详见表中的环境温度。参考以往文献中表铺装荷载应力分析模型参数观测得到的温度关系’确定了铺装层和钢桥面板的温技术指标计算参数度，见表。环氧沥青混合料弹性模量温度应力十算环氧沥青混合料泊松比采用三维有限元模型分析温度应力，对有限元分析模型做出如下基本假定：环氧沥青混凝土铺装温度应力（钢桥面板为各向同性、均匀的热弹性简单材料、，且满足小变形条件分析环氧沥青混凝土铺装的温度应力；，首先要建（环氧洒青混凝土铺装为各向同性、均勾的立模赚行稳态热分析，以确定模型结构的温度分難弹酣料，細足小变形条件；布，由热传就程繊界条件，棚温賴分布。然（各结构层的温度收缩系数和横向变形系数后再进行瞬态热分析和热应力分析，以确定温麵日寸不随温度变化，也不随加载时间而变化’为材料间变化时’瞬态热，铺装内部的温度应力。原则上分析的温度应力的求解不再是静力问题，而是动力问题一（由于铺装厚度方向的尺寸远小于铺装的宽，但是在般情况下，温度变化速度缓慢，可以忽略加速度的影响此可碰，胃殳、胃水平，以把连续的热运动近■似为一连串的热平衡状态一个平衡状态下面处相，并在每面在温度变化过程中按照该时刻的温度分布计算出这一时刻的温度应（各结构层的层间界，力，这种处理方法被称为非定常温度应力问题的准温力十胃巾，静态处理。年期（总第期） 一■■■表温度条件表温度应力计算结果时间时间环境温度纵向温度应力铺装温度横向温度应力钢板温度时间时间纵向温度应力环境温度横向温度应力铺装温度时间钢板温度纵向温度应力时间横向温度应力环境温度时间铺装温度纵向温度应力钢板温度横向温度应力时间时间环境温度纵向温度应力铺装温度横向温度应力钢板温度时间时间纵向温度应力环境温度横向温度应力铺装温度时间钢板温度纵向温度应力时间横向温度应力环境温度铺装温度钢板温度§时间§°°“环境温度‘铺装温度請丨钢板温度广一时间图纵向温度应力计算结果「—环境温度、……：铺装温度—钢板温度：璉‘‘‘图温度时间关系曲线时间温度应力为压应力，纵向温度应力最大值为，图横向温度应力计算结果横向温度应力最大值为均为拉应力。温度为因此铺装不会因温度应力产生破坏。当铺装温度为，钢板温度为任、、、订冗主日丄战壮过日聰；历月混凝土铺蔬？皿荷载应力时，铺装纵向和横向温度应力均出现最大值，分别为、。本文通过约束试件温度应力试车轮荷载验得到环氧沥青混合料断裂强度为断裂根据交通条件分析，采用公路级车辆荷载的后年期（总第期） 桥隧工程二轴为设计荷载。选用单轴双轮荷载形式，且者，轴重取置上横向最大拉应力均大于纵向最大拉应力。轮压选用标准轮胎接地压力，并考虑的差值呈增大的趋势。荷载中心离横隔板处横的冲击系数，以及的水平荷载系数。单轮向最大拉应力出现峰值，为荷载中心离横接地面积为其宽度为，为。、长度为隔板处纵向最大拉应力出现峰值两轮侧间距为。—横向最大拉应力功纵向最大拉应力‘、、、、、、、、、荷载中心距横隔板”图双轮矩形均布荷栽形式图铺装最大拉应力曲线作用荷位（铺装与钢板层间最大剪应力由于正交异性钢桥面板结构的特殊性，车轮荷载铺装层与钢板间的粘结破坏是钢桥面铺装层破坏一类常见破坏类型相对于纵向加劲助不同横向位置对铺装层的受力有不的另。铺装层与钢桥面板的层间剪同影响，已有的研究成果表明，当轮载中心处于应力是控制粘结破坏的主要指标。粘结力的破坏直接型加劲助与钢桥面板焊接点时，如图所示，铺装受影响到铺装层与钢板的复合作用，加速铺装层的力最为不利。在最不利荷位处时间双轮均布荷载，如破坏。图所示。铺装层在不同荷位下最大应力计算结果如图荷、沿纵咖寸，聰力现在横隔板上，此时纵向最大剪应力为最大值。随着和横隔板距离的增加，最大纵向剪应力迅速减小至左右，且基本保持不变。横向最大剪应力值在之间，对荷载纵图横向最不利荷位图七堪女丁她碑向布置变化不敏感。一横向最大剪应力一—■、图躲施加后钢桥面铺装力学计算觀载中心距；隔板铺装力学分析图铺装最大剪应力曲线铺装最大拉应力在标准行车荷载作用下，考虑冲击系数和铺装层开裂破坏是钢桥面铺装常见的种破坏的水平荷载系数，采用低温弯據量，计算得到型，铺装层最大拉应力是控制铺装层开裂破坏的重要铺装最不利荷位的横向和纵向拉应力最大值分别为设计指标，分析其分布变化规律可以了解铺装层开裂和荷载中心分别距离横隔板破坏的特性以采取有效的防范措施。和。当荷载中心位于横隔板上时，铺装和铺装层在不同荷位下拉应力计算结果如图所钢板层间剪应力达到最大值为，方向为纵。示’最大拉应力均出现在铺装结构表面由图可以向。在时’油石比环氧沥青混合料小梁看出’仅，铺装的横向最大拉应力和纵向最大拉应力低温弯曲强度为，所以铺装不会因标准行车在荷位中心距离横隔板以内很接近，其它位荷载作用而产生破坏。（下转第页）年期（总第期） 一—‘■的取值，可取作为限载区间间距，即对于公路桥工作，是保障桥梁安全运行的有力手段。但限载的动：、、。其态管理也可能给公路出行带来麻烦梁限载等级可规定为、、、，某些超过桥梁限中，为轿车重质量的上限，设定此值是为保证桥梁在载值的车辆需提前绕道行驶，对于不熟悉路网结构的出现病害一，不必封闭交通时，能保证小客车通行。司乘人员会有定困难。因此，建议桥梁管理部门考实际养管中，对病害桥梁的限载管理举例如下：虑此类因素，在必要位置增加交通信息提示，并给出某桥梁出现病害，初步判断可能会对承载力造成具体绕行路线，在保证桥梁安全运营的同时，也方便影响，经详细检查、结构检算，按照可靠度理论计算公众出行，达到公路养管为民服务的最终目的。出汽车活载标准值降低系数、后，得出最大容许通参考文献：行汽车荷载为位于区间内，则将⑴丨公路桥梁养护规范桥梁艮载吨位值取为一。交通运输部交通运输部关于进步加强公路桥梁养护管理的若干意见（交公路发号），、结论及建议公路工程结构可靠度设计统一标准检测、可靠性分析与寿命预测北京中国水利本文结合当前对桥梁养管的形势要求：，针对实际水电出版社，工作中存在的问题用结构可靠度理论对公路桥梁，米王松根李松辉公路桥梁载标准的可靠性分析方法工程力限载的动态管理进行了探讨和研究，提出了行之有效学赵国潘，金伟良，贡金鑫结构可靠度理论北京国建筑工业出的解决办法：中，并给出具体的桥梁限载等级建议，为桥梁养管者提供了重要参考和借鉴，从而保障公路桥梁—，公路桥梁承载能力检测评定规程、°—道路车辆外廓尺寸质量限值、轴荷及公路桥梁限载管理是桥梁日常养管中一项重要的上接第页文）沈金安沥青及沥青混合料路用性能人民交通出版社结论卢铁瑞道路沥青混合料低温性能评价指标的研究石油沥青，在低温条件下分析了钢桥面环氧沥青、混凝土铺李洪涛钟建驰江阴大桥紐式浙青混凝上桥面铺装东南大学装温度应力和荷载应力，得到两种应力在横向和纵向学报的最大值，并分别将两种应力最大值在横向和纵向直涂常卫，黎增丰，凌子如混凝上桥面铺装病害与设计和施工的关—接进行数值叠加，见表。其中，铺装温度应力最大宇厦门海沧大桥钢挢面铺装中外公路’时，铺装温度为代板温度为。，钢：表力力值李洪涛，黄卫，吉林浇注式沥青混凝上桥面铺装施工技术简介应力方向温度应力荷载应力应力数值叠加桥梁建设，吕伟民国内外环氧沥青混凝土材料的研究与运用石油沥青，諭纵■■丄向：」标准行车荷载条件下，铺装和钢板层间剪应力最：大值为，，方向为纵向。环氧沥青混合料约束试件温度应力试验的断裂强度为断裂温度、为环氧浙青混合料在丄，肌的弯拉强度为」。議腿。麵』。因此，在条件下钢桥面环氧沥青，，混凝土铺装的目够满足正常使用需求。参考文献：，，：°°“舰—，公路工程沥青及沥青混合料试验规程—，一“丄山葛折圣等用弯曲应变能方法评价沥青混合料的低温抗裂性能：东南人学学报（自然科学版）樊叶华浇注式沥青混凝土桥面铺装材料东南人学硕士学位论年期（总第期