大跨径钢桥面铺装粘结层剪切分析

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1、浙江交通职业技术学院学报,第5卷第1期,2004年3月JournalofZhejiangVocationalandTechnicalInstituteofTransportationVol15No11,Mar.2004大跨径钢桥面铺装粘结层剪切分析12罗剑,张义和(1.东南大学交通学院,江苏南京210096;2.浙江交通职业技术学院,浙江杭州311112)摘要:针对大跨径钢箱梁桥面铺装,应用有限单元法对正交异性钢桥面铺铺装体系进行分析。分析不同横向和纵向位置下的荷载对铺装粘结层的影响,得出了在水平和竖直荷载综合作用下铺装

2、层的受力规律,为铺装粘结层材料设计以及进一步研究铺装层破坏提供了理论基础。关键词:有限元法;正交异性钢桥面板;粘结层中图分类号:U443133文献标识码:A文章编号:1671-234X(2004)01-0017-03且修补工作巨大,目前对它的处理只有将粘结破坏0前言区域的铺装层清除重铺,代价很大,因此粘结层抗剪能力是否满足要求是桥面铺装成功的关键。本文近十年来随着交通事业的迅猛发展,我国大跨以润扬长江大桥作为研究对象,应用有限单元法分径钢桥建设高潮迭起,相继建成了广东虎门大桥、析了最不利状况下桥面铺装粘结层的受力情况,为

3、江阴长江大桥、厦门海沧大桥和南京长江二桥等一合理的进行粘结层设计提供了理论参考。系列著名大桥。这些大桥主跨上均采用扁平流线形钢箱梁的构造形式,从桥梁总体上考虑,该构造形式具有跨度大、自重轻、行驶性好等优点[1],但其通车后桥面的病害问题却一直困挠着国内外广大工程技术人员。这是由于扁平流线形钢箱梁的桥面板是由纵向加劲肋、横隔板及面板所构成的正交异性板,纵向加劲肋、横隔板在提高桥梁整体结构承载力的同时对沥青铺装层的受力却有着不良的影响。桥面铺装是一般由防锈层、粘结层、沥青混凝图一有限元模型土铺装层等构成,它是桥梁结构的重要组

4、成部分承担着防水、缓冲冲击荷载、覆盖桥面结构物等重要1计算分析作用。具有良好使用性能的桥面铺装,是保证车辆安全行驶的必要条件。由于粘结层的抗剪能力不足111有限元模型及物理参数而造成铺装滑移、脱落,是桥面铺装的主要病害之由于加劲肋的作用,桥面板对车辆荷载的应力一。粘结层的破坏将直接影响到铺装层与钢板的桥应变响应具有很强的局部性,在荷载作用附的两个面铺装体系的协同性,加速铺装层本身的破坏,并加劲肋宽度范围内应力应变出现峰值,然后向四周收稿日期:2003-11-03作者简介:罗剑(1979-),男,江西南昌人,硕士生.18浙

5、江交通职业技术学院学报[2]迅速衰减。故本文选取一块正交异性桥面板作为方结束,共计算了15个荷位,相邻的横向位置平研究对象。铺装和钢板采用空间8节点等参单元,均间隔4cm。当沿纵向移动时,荷载从跨中位置移粘结层采用二维八节点夹层单元。有限元模型如图至横隔板上方,共计算了8个荷位,相邻的纵向位一所示。桥面沿横桥向取八个梯形加劲肋,纵桥向置间隔20cm。不同荷载位置下粘结层的最大横向取三跨,包括4块横隔板。梯形加劲肋高度为280剪应力和纵向剪应力如图二、图三所示。mm,肋开口宽度300mm,肋闭口宽度170mm,厚度8mm,

6、两相邻加劲肋中心间距600mm;横隔板间距为3200mm,厚度为10mm;桥面钢板厚度为14mm。桥面顶板,加劲肋以及横隔板均采用16Mn5低合金钢,弹性模量为211×10MPa。桥面铺装为双层铺装结构,铺装上层为35cm厚的环氧沥青混凝土,铺装下层为25cm厚的浇注式沥青混凝土,根据室内复合梁静载弯曲试验可以反算出环氧沥青图二粘结层最大横向剪应力铺装和浇注式沥青铺装的模量分别为680MPa和570MPa。112计算假设及作用荷载计算时假设钢板和铺装层完全连续,铺装材料为线弹性材料,且不计算铺装结构自重的影响。模型的约束

7、条件如下:横隔板底部完全约束,横向边缘无横向水平位移,纵向边缘无纵向水平位移。其中纵向是指车辆行使的方向。计算时考虑竖向荷载图三粘结层最大纵向剪应力与水平荷载的综合作用。其中竖向荷载采用汽车-通过图二、图三可以得出以下结论:超20级车队中重车的两根重轴进行加载。根据(1)行车荷载横向移动对铺装粘结层横向剪应《公路工程技术标准》车轮与铺装接触面积为600力影响较大,在荷位3和15作用下,铺装粘结层[2]出现了最大横向剪应力。纵向位置上,跨中为最不mm×200mm。对于车轮制动时的水平荷载可以由下列公式确定:利位置。T=

8、(2)当行车荷载位置横向变化时,铺装层粘结其中T为制动情况下的路面的水平荷载,P为层纵向剪应力的变化很小,可见U型加劲肋对铺垂直荷载,<为滑动摩阻系数,考虑偶然紧急制动装粘结层纵向剪应力的影响很小。的情况,在这里取为015[3]。(3)通过比较最不利位置下铺装粘结层横向最113粘结层剪应力分析大剪应力与纵向最大剪应力