基于复合结构的水泥混凝土桥桥面铺装层疲劳性能研究

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1、2010年l2月石油沥青PETROLEUMASPHALT第24卷第6期基于复合结构的水泥混凝土桥桥面铺装层疲劳性能研究王亚奇钱振东王江洋陈春东南大学智能运输系统研究中心(南京210096)摘要水泥混凝土桥桥面铺装层的疲劳开裂是铺装层使用过程中所必须面临的结构问题。本研究采用应变控制的四点弯拉复合结构疲劳试验，对三种水泥混凝土桥桥面铺装复合结构的疲劳性能进行了试验研究，得出了铺装复合结构的s—N应变疲劳方程。研究结果表明：“环氧沥青混凝土+SMA13沥青混凝土”铺装结构有优异的抗疲劳性能，适宜用作水泥

2、混凝土桥梁桥面铺装。关键词水泥混凝土桥梁复合结构疲劳性能应变控制桥面铺装层的疲劳开裂是铺装层使用过程中合料、AC沥青混合料三种铺装材料，采用应变难以避免的结构问题，铺装层一旦出现疲劳开控制的四点弯拉复合结构疲劳试验，对三种水泥裂，在车辆荷载、温度循环变化和雨水侵蚀等多混凝土桥面铺装复合结构的疲劳耐久性进行了试重影响因素的作用下，铺装层容易演化为坑槽、验研究，得出了不同铺装结构的S—N应变疲劳脱层、推移等结构性破坏，致使铺装层使用寿命方程。大大缩减，因此需要对桥面铺装层的疲劳性能进1复合结构疲劳试验设

3、计行研究，以期延长桥面铺装层的使用耐久性。小梁疲劳试验加载示意见图1。国外对沥青混合料的疲劳性能研究方法主要荷载=P／2俯载=p／2有三类：一类为现象学法¨J，即传统的疲劳理nI上论方法，它采用疲劳曲线表征材料的疲劳寿命；11测点一’类为力学近似方法，即应用断裂力学和损一i、’～、～，一～d一．一一．伤力学方法分析疲劳裂缝扩展规律以确定材料疲广～～．．一，UUL、fIfhI⋯t劳寿命；一类为能耗疲劳方程法，即用能量的方法来研究沥青混合料的疲劳特性。国内对沥青混合料疲劳性能的研究方法与国外类似，但对图

4、1小梁疲劳试验加载示意沥青混合料疲劳性能的研究主要集中在路面材料依据Euler—Bernoulli梁理论，小梁试件的最大和大跨径钢桥面铺装材料上一，对水泥混凝土拉应力和应变公式为：桥铺装复合结构的疲劳性能研究较少。高英采用复合梁疲劳试验对水泥混凝土桥不同沥青铺一(1)装层复合结构的疲劳寿命进行了研究，其研究结12h—(2)8n3—L2n果表明SMA和纤维加筋的AC组合是其所选试_4a2验材料中最优铺装复合结构，但其铺装复合结构中未包含抗疲劳性能优异的环氧沥青混合料9J。收稿口期：2叭O—O8—25。

5、作者简介：王亚奇(1987一)，男，东南大学存i史研究生本研究选取环氧沥青混合料、SMA沥青混主要从事桥ini铺装研究和路面结构研究。第6期王亚奇等·基于复合结构的水泥混凝土桥桥面铺装层疲劳性能研究35式中：6——为小梁试件的宽度；主要用于大跨径钢桥面铺装，考虑到力学机理及——为小梁试件的高度；施工因素，将其作为水泥混凝土桥面铺装层的下n=L／3——为荷载加载点到小梁试件固定面层。为进行铺装层疲劳性能的对比试验，参考端的距离。文献[8]的结论，选取第3种铺装结构：铺装2原材料设计上层为AC13沥青混

6、凝土，铺装下层取SMA13国内的水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装采用沥青混凝土。由于我国水泥混凝土桥桥面沥青混大都双层的结构组合形式，考虑到施工的方便凝土铺装厚度一般为6～10cm，为保证铺装复性，桥面沥青混凝土直接采用与其连接的一般道合结构的试验结果与工程实际相匹配，复合梁铺路的上面层及中面层的结构形式，目前国内高速装各层厚度取4cm。选用材料及沥青混合料的公路上面层普遍采用最大公称粒径为l3mm的级配见表1、表2。SMA、AC等沥青混合料，故本研究中选用其作复合结构疲劳试验在UTM一25试验系统上为

7、水泥混凝土桥面铺装上面层材料。进行，系统自动采集应力、应变等各项试验数环氧沥青混合料具有优异的力学性能，目前据表1环氧沥青技术指标通过下列筛孔(方孔筛：mm)的质量百分率，％级配类型1613．29．54．752．361．18O．60．30．150．0753试验方法与疲劳破坏的判断a)平行试验试件个数：4～5根／应变水平；3．1复合结构试件成型b)加载方式：应变控制，中点加载，加载a)先在车辙板试模两端放置4cm挡板，按设备两端支点距离356mm，加载点间距为119ram；照常规车辙板成型方法成型铺装

8、下层混合料；c)加载波形和频率：lOHz连续式半正矢b)待下层混合料冷却到常温后，在其表面波荷载；涂刷一层SBS改性乳化沥青作为粘结层；d)应变：600，700，800，900Ixe；e)在车辙板试模两端加高4cm挡板，再按e)试验温度：l5℃；照常规车辙板成型方法成型铺装上层；3．3试件疲劳破坏的判据d)试件成型24h时后脱模(含环氧沥青混应变控制模式的疲劳试验过程中，试件不会合料的试件在成型后放人120。C烘箱固化4h)。出现明显的断裂破坏。通常人为定义当混合料的