水泥混凝土桥面环氧沥青混合料薄层铺装受力特性分析.pdf

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1、水泥混凝土桥面环氧沥青混合料薄层铺装受力特性分析杨平，孔冬雷，张杰(I．铜陵市公路管理局，安徽铜陵244000；2．东南大学智能运输系统研究中心，江苏南京210096)摘要：水泥混凝土环氧树脂沥青混合料桥面铺装是一种新型铺装形式。为了研究其受力特性的影响因素，通过建立水泥混凝土桥面环氧树脂沥青混合料薄层铺装三维模型，分析不同铺装层厚度、铺装层模量、粘结层厚度、粘结层模量、水平荷载这5个工况下，Vonmises应力、最大拉应力和最大拉应变的变化情况，为水泥混凝土桥面环氧树脂沥青混合料薄层铺装层设计提供可参考的理论力学特性数据。结果表明

2、，水平荷载对粘结层及铺装层的应力影响较大，其次为铺装层的模量与铺装层的厚度，为保证桥面铺装运营良好，应尽量增加铺装层模量，严格控制车辆的荷载，防止超载对粘结层及铺装层的破坏。关键词：环氧树脂沥青；水泥混凝土；桥面铺装；力学特性；有限元中图分类号：U443．31文献标识码：B近年来，随着交通量不断增长，水泥混凝土桥面空间，由静力学问题扩展到动力学问题和稳定性问在通车早期经常会出现严重的病害。研究表明病害成题，在道路桥梁工程方面取得良好的应用。本文通过因主要集中在2个方面：一方面是铺装层内部产生较ANSYS有限元分析软件建立水泥?昆凝土

3、桥面环氧树大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者由脂沥青混合料薄层铺装三维模型，分析铺装层厚度、于铺装层与桥面板层间粘结力差，抗水平剪切能力较铺装层模量、粘结层厚度、粘结层模量、不同水平荷弱，在水平方向上产生相对位移以致剪切破坏，另一载这5个工况下，Vonraises应力、最大拉应力和最方面是因温度变化桥面板或梁结构产生过大挠曲而产大拉应变的变化情况，为水泥混凝土桥面环氧树脂沥生裂缝，由车辆荷载作用及水的渗入造成面层破坏。青混合料薄层铺装层设计提供可参考的理论力学特性目前，对于水泥混凝土桥梁的桥面铺装研究很数据。少。桥面铺装主

4、要采用热塑性改性沥青材料，其强度1模型建立远不如热固性环氧树脂沥青，环氧树脂沥青是由A组分和B组分混合发生固化反应，形成不可逆三维为研究环氧树脂沥青铺装层特性对其力学性能的空间网状结构的不熔固化物，使得环氧树脂沥青混合影响，应用ANYSYS软件对目前国内较常见的跨径为料温度稳定性和疲劳耐久性都显著增强，这为水泥混20m简支梁桥，建立三维有限元模型，开展桥面铺装凝土桥梁的铺装技术革新指出了新的研究方向。但层进行受力分析。简支梁桥主要由3部分组成，包括是．由于环氧树脂沥青的热固特性，将其应用于水泥梁体(桥梁整平层和梁体看做一个实体)、防

5、水粘结混凝土桥面铺装，受力特性有别于传统铺装，必须重层和桥面铺装层，其中梁体为水泥混凝土。模型见图新设计进行受力特性分析。1所示。国内外一致认为有限元分析法是研究受力特性的本次建模主要采用六面体单元，选用适合本次建有效方法。有限元法是求解微分方程的一种非常有效模的典型六面体单元SOLID65单元模拟水泥混凝土的数值分析方法，起源于2O世纪50年代航空工程飞与沥青混凝土，它是专门为混凝土定义的单元，可以机结构的矩阵分析。至今，经过几十年的发展，不断模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型，同时可计算开拓新的应用领域，其范围己经由杆件结构问题

6、扩展拉裂和挤碎，该单元还可应用于加强复合物(如玻到了弹性力学乃至塑性力学问题，由平面问题扩展到璃纤维)和地质材料(如岩石)等。SOLID65单元基金项目：交通运输部部省联合项目(2009353334370)。作者简介：杨平(1973一)，男，安徽铜陵人，高级工程师。2182012年7期(总第91期)工工工结层和铺装层的Vonmises应力变化规律见图3。况l况2况3～348蚤11l量g>嗵O5L5～5摆J图1简支梁三维模型0225～图33-况1粘结层与铺装层Vonmises应力3由图3可知，随着铺装层厚度的增加，从1cm变化至8cm

7、时，防水粘结层Vonraises应力则从Z0．529MPa减小到0．430MPa，降低20％，且呈线性变十一一、。化。经回归分析得到防水粘结层vonrnises应力与铺x(四面体选项一个推荐)装层厚度关系见公式(1)，其相关系数R为0．9884。图2SOLID65单元示意示意图如图2所示。Y=一0．0145x+0，5501(1)铺装层Vonraises应力变化较粘结层复杂。铺装2参数设定BdR器∞重口0>层厚度从1cm变化到3cm时，铺装层Vonmises应力如铝∞0O％OO如0OOO铊O本次建模的对象为简支粱桥，高度0．9m，宽度

8、基本不变；厚度超过3cm时，铺装层Vonmises应力为15m，长度为20m，弹性模量为30GPa，泊松比为呈接近线性减小。整体上，铺装层厚度从1cm变化0．15，防水粘结层泊松比为0．30，桥面铺装层混凝至8era时，则从0．532