水泥混凝土桥梁双层桥面铺装结构力学分析.pdf

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1、第38卷第2期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38No．22014年4月JournalofWuhanUniversityofTechnologyApr．2014(TransportationScience＆Engineering)水泥混凝土桥梁双层桥面铺装结构力学分析*赵岩荆蒋玲(南京交通职业技术学院南京211188)摘要：为研究环氧沥青混凝土应用于水泥混凝土桥面双层铺装结构时的力学响应特点，建立水泥混凝土空心板桥与工字梁桥模型，在此基础上对铺装层在桥梁整体结构中所产生的力学响应进行分析．采用ABAQUS有限元分析软件，建立了桥梁三维有限元整体模型．分别研究了车辆荷载作用下，铺装

2、层上面层在不同桥梁类型、不同桥梁跨径条件下随下面层模量变化的规律．研究结果表明：下面层模量的增大能够降低上面层拉应力及竖向剪应力水平；较大跨径的水泥混凝土桥梁铺装层下面层应用高模量材料能够更大程度的抑制上面层发生开裂病害；上下面层层间剪应力随着下面层模量的增长呈显著增大趋势．因此，在大跨径水泥混凝土桥面双层铺装结构中应用环氧沥青混凝土，对于改善铺装层的受力状况具有积极意义，但同时必须提高层间粘结层抗剪性能，以保证铺装层结构的正常使用．关键词：道路工程；水泥混凝土桥梁；环氧沥青混凝土；双层铺装结构；有限元方法中图法分类号：U443．33doi：10．3963／j．issn．2095—3844．

3、2O14．02．0250引言差异，因此有必要进行相应的力学分析．同时，水泥混凝土桥梁铺装层的边界条件要明显强于钢桥在车辆荷载和自然环境交替作用下，水泥混面铺装．故已经在大跨径钢桥面铺装中得到实际工程验证的环氧沥青混凝土在水泥混凝土桥梁中凝土桥面铺装易出现推移、拥包、裂缝、坑洞、桥面渗水等早期破坏[】]．而对于桥面铺装层使用性能发生病害的可能性更低，因此本文主要研究在下而言，铺装层材料的选择以及铺装层结构的设计面层材料变化时，上面层即普通改性沥青混凝土是主要影响因素[2]．随着桥面铺装技术的发展和铺装层的力学响应变化规律．以研究应用环氧沥进步，高强度、高模量等高性能沥青混凝土材料已青混凝土对于

4、铺装层受力分析的影响效果．经被越来越普遍的应用于桥面铺装中口]．在钢桥桥梁结构形式多种多样，桥梁的跨径也不尽面铺装中，广泛应用的环氧沥青混凝土也被考虑相同．因此，对于不同结构，不同跨径的桥梁，采用引进水泥混凝土桥梁铺装层应用之中．然而由于何种铺装层材料组合最为合理，对铺装层结构的环氧沥青混凝土造价昂贵，因此在研究中考虑“下优化和设计具有十分重要的意义[5]．同时，铺装层环氧沥青混凝土+上层普通改性沥青混凝土层下面层对上面层力学响应的影响主要源自下面(如SBS改性沥青混凝土)”的铺装层结构，以期层材料自身的模量．故本文选取两种典型的水泥在提高铺装层性能的同时，能够保持合理的经济混凝土桥梁结构形

5、式：水泥混凝土空心板桥及水性．泥混凝土工字梁桥，分别建立2种桥梁结构在不由于环氧沥青混凝土具有强度大，模量高的同跨径状态下的三维有限元模型，针对不同桥梁特点[4]，其应用于水泥混凝土桥面铺装层时所产结构形式、不同桥梁跨径，以及不同模量的下面生的力学响应与采用传统材料的铺装层必然有所层，研究铺装层上面层在车辆荷载下的力学响应．收稿日期：2013—11—21赵岩荆(1983一)：男，博士，讲师，主要研究领域为沥青混凝土材料安徽省2008年交通科技进步计划项目(批准号：20081248—10)、交通运输行业联合科技攻关项目(批准号：2009—353—334—410)资助·352·武汉理工大学学报(

6、交通科学与工程版)2014年第38卷最终得出环氧沥青混凝土在水泥桥梁铺装层下面不同的模量，计算铺装层上面层在此条件下的力学层中应用的可行性和适用性．响应．同时结合工程实践及实际铺装应用，设定桥面本研究利用三维有限元建模技术，依据桥梁铺装层总厚度为6cm，其中上下面层厚度各为3ClTL实际尺寸，利用ABAQus有限元分析软件建立1．3荷载作用形式整桥模型，从而能够合理反映桥梁整体结构变形本研究所采用的车辆荷载的立面、平面尺寸对铺装层力学响应的影响，能够有效提高力学分见图3．析结果的合理性与可靠性。3UklzuUKIN14U：lUkNlrl1计算模型的建立--(-÷-∈、．301．470上．a)

7、立面布置1．1桥梁有限元模型的建立本研究中所选用桥梁均为多跨简支梁结构，各跨几何参数及边界条件几乎完全相同，故只需选取一个跨段的铺装层作为分析对象即可．同时，为考II虑相邻跨段结构的影响，亦将其纳入建模范围．最b)平面尺寸终，选择总计3个跨段为建模对象，其中中间跨段图3车辆荷载的立面、平面尺寸(尺寸单位：m)车辆荷载的主要技术指标见表2．铺装层为主要研究对象．在此基础上计算其荷载作表2车辆荷载主要技术指标用下