板梁桥面铺装受力特性分析.pdf

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1、◎s一⋯G—s一板梁桥面铺装受力特性分析赵旭(上海城建高速公路管理有限公司，上海201616)摘要：针对目前板梁桥面铺装极易破坏的特征．建立桥面铺装有限元模型进行力学分析。结果表明：沥青层厚度的增加会增大沥青层底剪应力；水泥混凝土调平层厚度的增大会减小水泥?昆凝土调平层层底压应力及桥面板底拉应力。以沥青层底剪应力及桥面板板底拉应力为主要控制指标．改变铺装厚度组合，结果表明：4cm沥青混凝土铺装+12cm水泥混凝土调平层的桥面铺装具有最优的受力特性。关键词：桥面铺装；沥青混凝土；力学分析0引言目前国内板梁桥面铺装普遍采用8cm沥青混凝土+8cm水泥混凝土调平层的组合结构形式，但由于水泥

2、混凝土调平层较薄．刚度小。导致桥梁接缝极易破坏。国内外许多学者在板梁桥面铺装方面也进行了大量研究，吴迅指出，铺装层能有效地增强结构的整体性，起到“平均”分配荷载的作用川；陆进祥指出所以桥面现浇层越厚，桥梁整体性及承载力均有一定的提高嘲；部分学者分析了厚度、配筋率等影响铺装层刚度的因素在横向分布中的作用∞’c；朱天同建立有限元模型，分析了沥青铺装厚度及模量对铺装层层底剪应力的影响I5I。由上述分析可知国内学者对水泥混凝土桥面铺装的研究主要集中在沥青铺装层上，较少从桥面铺装整体结构上进行深入分析。本课题采用Abaqus有限元建立三维模型，重点研究沥青铺装层与钢筋水泥混凝土调平层厚度的改变

3、对铺面各层的应力应变影响量．通过分析找出面层最佳厚度比来指导现场桥面养护维修。l有限元模型的建立1．1模型的建立在ABAQUS／CAE中建立几何模型，根据实际需求对模型做一定的简化，不仅能节约计算成本还能提高分析的可靠性。建立图l所示的模型，从上到下依次为8cm沥青混凝土层、8cm钢筋水泥混凝土层、1．om宽标准空心桥面板和橡胶支座。考虑到铰缝是桥面系的薄弱部位，会对整个面层受力产生较大的影响，因此在分析中有必要建立铰缝模型，采用了两块桥收稿日期：2016一03—1728上踢么赡N0．22016面板+一个铰缝的形式。图l几何建模1．2材料及相互接触属性部件材料属性的选取是有限元建模的

4、难点，材料属性选取得当才能反映出真实的受力状况。沥青混凝土层和橡胶支座层采用线弹性模型。铰缝是桥面系的薄弱部位，为了尽可能真实的反映出水泥混凝土材料的塑性，采用当前比较理想的混凝土塑性损伤模型。钢筋水泥混凝土调平层和桥面板是由钢筋和水泥混凝土构成的复合模型[6]。模型各部件所赋予的材料属性见表1。表l材料属性部件材料模型模型参数弹性模量：1500MPa泊松比：0．35密沥青混凝土层线弹性模型度：2450kg／m3钢筋水泥混凝土层当量弹性模量当量值：1loGPa泊松比：o．2密100cm桥面板复合模型度：2500kg／m3混凝土塑性密度：2400kg／m3、弹性模量：26480MP8铰

5、缝泊松比：0．167、膨胀角：15偏心率：o．1fb0／损伤模型fco：1．16K：o．6667、黏性参数：o弹性模量：329MPa、泊松比：o．3、密度：2橡胶支座线弹性模型000kg7m3荷载选用半径为11．45cm的双轮圆形均布荷载，压强为o．79MPa，两轮中心间距为34．35cm。假定沥青混凝土层和水泥混凝土层、水泥混凝土层和桥面板层、桥面板和铰缝接触面、桥面板层和支座接触面之间都是完全连续的绑定约束；支座底部为完全约束，模一s一⋯一s◎型四周为位移约束，模拟桥梁的最佳状况。2最不利荷位的确定模型为简支结构，沿纵向方向，当荷载位于中央位置时，中央断面应力应变最大，产生最大弯

6、沉值，因此纵向的最不利位置为中央部位。但是横桥向位置由于结构复杂没有这个规律，需要通过试算确定。将荷载施加在跨中位置，左轮圆心位置距桥面左侧依次为0．2m、0．4m、O．6m、O．8m、1．Om、1．2m、1．4m。依次计算横桥向不同荷位材料各层底在轮隙中点位置处的应力值，结果见表2。表l不同荷位下各结构层层底在轮隙中点位置处的应力值MPa左轮巾心到左侧距离／m结构层0．2O．4O．6O．811．2l_4沥青层O．048一O．048一O．056一O．055一O．04jO．036一O．037调平层一O．167一O．132一O．127—0．1j4一O．1j6O．194一O．138桥面板1

7、．29l1．2661．2051．1891．2091．2691．290从表1可见，8cm的沥青层和8cm的钢筋水泥混凝土调平层都处于水平方向为受压状态，而桥面板处于受拉状态，在设计时应该控制桥面板板底的拉应力。当荷载位于两侧时，拉应力达到最大值，为最不利荷位。因此在下面分析中，将荷载施加在跨中，左轮中心距左侧o．2m位置处。3桥面铺装受力特性分析3．1沥青层厚度对层底应力的影响分析改变沥青层的厚度来看各结构层层底应力的变化规律。原铺装沥青层的厚度为8cm，考