水泥混凝土桥面防水黏结层荷载应力有限元分析.pdf

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1、公路2012年4月第4期HIGHWAYApr．2012No．4文章编号：0451—0712(2012)04—0082—05中图分类号：U443．33文献标识码：B水泥混凝土桥面防水黏结层荷载应力有限元分析戴佑才(湖南路桥建设集团公司长沙市410004)摘要：以湖南省某高速公路水泥混凝土桥桥面层间处治为实际研究背景，根据工程不同桥型，应用有限元方法进行实体建模，分析防水层最大应力位置以及影响因素，计算层间最大剪应力大小，初步提出层间剪切强度、黏结强度控制指标，为深入进行湖南省娄新高速公路水泥混凝土桥桥面层间处治研究，

2、提供理论依据。关键词：桥面铺装；防水层；有限元建模；最大应力计算；影响因素分析当水分通过铺装层渗入桥面板，在水泥水化生目前我国桥面防水材料主要包括卷材类和涂膜成的强碱介质内钢筋发生锈蚀而导致膨胀、混凝土类。其中卷材类使用时是被粘贴到桥面板上形成连松散、结构强度下降等，威胁到桥梁稳定性和安全续的防水膜；涂膜类常温下呈无定型液态，使用时将性。而在桥面板和铺装层间加铺防水层能有效阻挡其涂刷到桥面上，厚度多在0．5mm～2．5mri1之间水分进入桥梁主体，同时还起着黏结上下层的作用，或更薄。各材料参数见表1。防水材料模量较

3、小，所以防水层在整个桥面系统中有着举足轻重的作多在10MPa～500MPa。用口]。本研究采用有限元方法对防水层进行实体模本模型采用两种材料模拟铺装层和桥面板，拟，根据其破坏特点，着重分析最大拉应力(第一模量分别取1500MPa、30000MPa，泊松比分主应力)的分布与其影响因素，以及层间接触问题，别取0．3、0．15。湖南省娄新高速公路水泥混凝土为深入研究水泥混凝土桥面防水黏结层性能、防水桥面铺装层为4cmSMA一13+6cmAC一20，总的厚系统的设计以及施工提供理论依据。度为10cm。两种材料均采用8节点s

4、olid45单元类型模拟，假设铺装层与水泥混凝土板连接处变1有限元力学分析形连续。1．1结构模型建立表1材料基本参数桥梁体模量水泥混凝土铺装桥梁及水泥混凝土防水层模量防水层防水层厚度沥青混凝土铺装沥青混凝土MPa层模量／MPa铺装层泊松比MPa泊松比层模量／MPa铺装层?白松比3OOOO33O000．1666715OO．321800O．25利用有限元模型分析汽车后轴作用下铺装层的1．2荷载及荷位受力情况，在宽度方向上影响范围取5m，长度方向根据《公路工程技术标准》(JTJ001—97)，汽一上影响范围取10m。这里

5、利用模型的对称特性，建超2O级车队的主车后轴轴重为13t。将后轴一侧的立了1／2模型，荷载在桥面上的相对位置如图1所双轮简化为2个矩形均布荷载。2个矩形的横向尺示。约束条件为：梁端约束Y、方向的变形，两个寸取为20cm；由轴重和胎压0．70MPa，可以计算侧面约束向变形，在对称面z一0处施加对称约出纵向长度为23cm。两个矩形边缘的间距为束，如图2所示。lOcm，单轴两侧荷载中心相距1．8m，如图3所示。收稿日期：2012—02—152012年第4期戴佑才：水泥混凝土桥面防水黏结层荷载应力有限元分析在这些位置的防水

6、层位移曲线曲率(上拱)最大，承受最大拉应力。而对于实心板桥，则在车轮作用域，顺桥向拉应力大于横桥向拉应力，主要受车轮制动作用所致嘲。防水层拉力最大位置～⋯“～一{}囹i{i}一i÷_—一一一—』}。{lil融图1有限元分析模型图4简支T梁跨中横截面变形薹∞54949494949图2有限元分析模型的约束条件0．20．10．2广—rrI距离／m图5简支箱梁跨中横截面防水层法向位移厘D0J[车轴向L—单位：m图3汽车后轴荷载相对布置示意图6箱梁跨中截面变形示意分析模型同时考虑了垂直和水平作用力，来模拟(2)负弯矩区防水层

7、拉应力。行车在桥面上刹车的情况。在额定荷载作用下，垂直对于连续梁，防水层在支点及附近负弯矩部位作用力根据轮胎压力一0．7MP8确定；在超载情况产生较大弯拉应力，横桥向肋板对应处出现明显高下轮胎压力参考有关文献，采用黄河JN15O超载于两侧的应力峰值(图7)。在偏载作用下，对于连3O的轮胎压力，即一1．092MPa。由于车辆超载续T梁、箱梁，在靠行车一侧肋板顶面出现极值。及轮胎压力的变化，轮胎的接地面积也会有所差异。这是由于桥梁体、防水层和铺装层作为一个整体，肋由于缺乏相关的数据，这里仍然采用了20cm×板桥的正剪力

8、滞效应在防水层中得到显著反映。23cm的轮胎接触面积。根据已有研究成果，摩擦系数厂一0．2是表示缓慢制动；摩擦系数，一0．5时表示紧急制动。本次计算均考虑紧急制动情况，水平作用力采用摩擦系数厂一0。5确定L2]。1．3最大拉应力位置分析(1)简支梁体系防水层拉应力。通过数值计算分析发现，在偏载作用下，防水层00．7142．12I83．5424．95．66．3