移动荷载和温度荷载作用下桥面铺装力学响应分析.pdf

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1、2016年10月第四期建材与装饰交通建设移动荷载和温度荷载作用下桥面铺装力学响应分析吴志阳王乐张伟（内蒙古自治区公路局呼和浩特010020）摘要：为了准确分析桥面铺装层的受力状态，将车辆荷载简化为移动半波正弦荷载，应用通用有限元软件建立了混凝土连续箱梁桥三维有限元模型，在荷载最不利位置加载并考虑温度场的作用，分析了沥青混凝土桥面铺装在移动荷载与温度荷载共同作用下的力学时程响应规律，为沥青混凝土桥面铺装设计提供理论依据。关键词：连续箱梁桥；桥面铺装；三维有限元法；移动荷载；动力响应；温度场中图分类号：U416.217文献标识码：A文章编号

2、：1673-0038（2016）44-0259-021引言0.005。目前桥面铺装力学分析中普遍采用的方法是在桥梁结构中3.3移动荷载形式截取局部梁段加上适当的约束，进而分析铺装层在静载作用下由于大多数路面路基动态测试仪器施加的是半波正弦荷载，的受力状况，对于任何桥梁结构，除了要考虑静载引起的变形和而一般的冲击荷载均可表示为若干个半波正弦荷载的线性组应力外，经常需要考虑外部激发的动力影响，主要是车辆荷载、合，故可将汽车动荷载表示为半波正弦荷载，即：风荷载以及地震荷载的动力影响，而实际当中的动力影响因素q（t）=qmaxsin（πt），（

3、3）[1]T主要是车辆荷载。大跨径混凝土连续梁桥在温度作用下往往有式中[4]：T为荷载周期，本模型取T为0.1s，q为汽车荷载，较大的变形[2]，所以应分析温度荷载作用以及移动荷载共同作用max为保持胎压与《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）[5]规定相下桥面铺装层力学响应变化规律，合理设计铺装层。一致本文取值为0.7MPa。将以上数值代入（3）式，因此本模型采2基本假定用的半波正弦荷载公式为：由于桥面铺装受力的复杂性，在建立桥面铺装层有限元的力q（t）=0.7×sin（10πt），0s≤t≤0.1s。（4）学分析模型时假

4、定：3.4温度场分析有限元模型（1）铺装层材料的线弹性假定：一般认为沥青混合料是一种桥面铺装不仅受到车辆荷载的作用，同时会受到温度荷载的典型的弹、粘、塑性综合体，在低温小变形范围内接近线弹性体。作用[6]。本文为了同时考虑温度荷载和移动荷载的共同作用，利由于沥青混合料在低温和短暂荷载作用下符合线弹性，因此本用ABAQUS荷载模块预定义场功能，添加预先算好的温度传递文假定沥青混合料是均匀的、连续的、各项同性的线弹性材料。结果，温度传递结果是通过建立ABAQUS温度场分析模型计算（2）界面连续假定：所有层间完全连续。得到的，温度场桥梁模型需

5、同移动荷载桥梁模型完全一致。（3）水泥混凝土材料特性的假定：混凝土材料是均匀的、连续3.5最不利荷载位置的、各向同性的线弹性材料。桥面板与箱梁作为一个整体，因此根据相关文献[7~8]最不利荷位分析结果可知，箱梁桥横向最模型中箱梁高度为实际箱梁高加桥面板厚度。不利位置位于箱梁边缘翼缘板附近，而纵向最不利位置位于梁3计算模型的建立端及支座附近。为了分析移动荷载及温度作用下铺装层的最不3.1沥青混凝土桥面铺装有限元模型利动力响应，考虑防撞墙厚度0.5m与安全距离0.5m，取箱梁横模型为三跨等截面连续箱梁桥，跨径为20m，桥宽为12.5m。向最

6、不利起始位置位于箱梁边缘1m处，并使车轮从三跨混凝土为了加速收敛，桥面铺装采用C3D8R单元，桥面铺装层网格划分连续梁桥的一端行驶到第二跨的跨中。较细，以保证计算精度，箱梁采用三维六节点单元以降低计算资4温度荷载以及移动荷载共同作用下铺装层受源消耗。力分析3.2结构阻尼参数4.1铺装层最大拉应力时程响应分析ABAQUS有限元软件一般采用瑞利阻尼来描述振动过程中目前我国的高速公路设计车速一般为80km/h，在此假定车结构整体的能量消耗，即：辆通过桥面的车速为20m/s（72km/h），水平力系数选取紧急制动[c]=α[m]+β[k]，（1

7、）最不利情况为0.5，最大小时降温温差为4℃，为了保持和现行规其中α、β是与结构固有频率和阻尼比有关的比例系数，可范规定的胎压相同，轮胎接地压强取0.7MPa。由下式计算确定：模拟分析得到，桥面铺装层横向拉应力同纵向拉应力变化规α=2ω1ω（2ω2ξ1-ω1ξ2），β=2（ω2ξ1-ω1ξ2），（2）ω2-ω2ω2-ω2律一致，即在铺装层顶面处最大，其值随深度递减，与温度产生2121式中[3]：ω、ω是体系的第一、第二自振频率；ξ、ξ为两个相的铺装层横、纵向拉应力随铺装层深度变化一致，并且桥面铺装1212应振型对应的阻尼比，取ξ1=ξ2

8、=0.05。本文α取值0.4，β取值层横、纵向拉应力随着加载时间而变化，即随着车辆荷载位置而变化。·259·交通建设建材与装饰2016年10月第四期桥梁支座病害分析及对策分析———板式橡胶支座为例印景泉（高