大跨径连续钢箱梁钢桥面铺装设计研究

采用三阶段力学分析方法对崇启大桥大跨径连续钢箱梁钢桥面铺装受力特点进行分析,结合崇启大桥的使用环境和国内钢桥面主要铺装类型的调研,推荐双层环氧沥青铺装作为崇启大桥的钢桥面铺装方案.针对崇启大桥大跨径连续钢箱梁桥面铺装的受力特点,进行了崇启大桥钢桥面铺装关键材料及性能、防水黏结层性能以及钢桥面铺装组合结构疲劳性能研究,同时从崇启大桥桥面铺装疲劳耐久性角度对富沥青环氧沥青混凝土进行了研究.结果表明:铺装下层采用富沥青环氧沥青混凝土能够更好地满足崇启大桥钢桥面铺装的性能要求.     

裂缝对钢桥面铺装受力性能的影响

钢桥面铺装开裂破坏是沥青铺装最典型的病害类型,铺装层开裂不仅仅影响到钢桥面铺装层路用性能,而且对钢桥面板的受力也相当不利.本文采用ANSYS通用有限元软件,建立了典型的正交异性钢桥面板结构以及其上的ERS铺装体系的有限元模型,研究车轮荷载作用下表层裂缝对钢桥面铺装体系受力性能的影响,并进一步分析裂缝宽度对钢桥面铺装体系主要受力指标的影响.结果表明裂缝对与其垂直方向的应力影响较大,而对平行方向的应力影响较小,裂缝宽度对各项应力的敏感性影响较高.     

环氧沥青混凝土桥面铺装力学接触分析

环氧沥青混凝土作为桥面铺装材料,因其强度高,刚度大,高温稳定性等特点,在桥梁铺装中得到广泛应用.但是,对纵坡状态下的环氧沥青混凝土桥面铺装的研究较少,选取5％纵坡的桥面二维结构,建立桥面铺装与车轮荷载的接触体系,对纵坡状态下,环氧沥青混凝土桥面铺装进行有限元分析,对比平坡状态下的接触状况.结果表明:在平坡状态下,环氧沥...     

正交异性钢桥面-RPC薄层组合铺装体系研究

为了综合解决钢桥面疲劳开裂和铺装层易损坏两大棘手问题,本文提出薄层活性粉末混凝土(RPC)钢桥面组合结构.正交异性钢桥面铺装有限元模型计算结果表明:相对于柔性铺装,组合铺装体系中铺装层最大拉应力、剪应变、竖向位移降幅分别为54.8%,78.9%和39.1%;组合铺装体系结合面抗剪试验及钢桥面-RPC悬臂梁抗拉疲劳试验结果表明:在高温(60℃)不利条件下,RPC与沥青磨耗层界面抗剪强度为1.3MPa;RPC与钢板抗剪栓钉承载力为66.75kN;在拉应力幅值7.5～14.5MPa条件下,钢桥面-RPC悬臂梁承受200万次疲劳荷载没有出现裂缝.研究结果显示,薄层组合桥面铺装体系,有效降低了铺装体系应力应变幅值以及局部竖向变形,且铺装层各结合面抗剪强度可以满足使用要求.     

胶粉改性沥青桥面防水层铺装结构黏弹性力学分析

胶粉改性沥青桥面防水层具有抗高低温性能好、抗施工损伤特性好、具有与沥青混凝土铺装层和水泥混凝土桥面板黏结性能好、环保等优点,利用黏弹性力学原理对设有胶粉改性沥青防水层的铺装结构进行受力特性分析,研究了防水层厚度、桥面铺装层厚度对桥面铺装结构抗剪性能的影响,并与室内试验结果进行了对比,结果符合良好.分析结果表明:随防水层厚度增加,最大剪应力值τmax会增大;随沥青混凝土铺装层厚度增加,τmax呈现先减小后增大趋势.沥青混凝土面层的厚度为13 cm时产生的τmax值最小.     

钢桥面沥青铺装层疲劳损伤分析与车辆轴载换算

采用力学近似方法,对钢桥面沥青混合料铺装层在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行了理论分析.采用粘弹性损伤模型的能量转换方法对钢桥面沥青混合料铺装层应力场、应变场及损伤场分布状况进行研究.依据钢桥面沥青混合料铺装体系复合结构的应力场、应变场和损伤场在疲劳过程中的动态演变规律以及疲劳裂缝的形成机理,推导出钢桥面沥青铺装层疲劳性能方程和车辆轴载换算公式.结合南京长江第二大桥钢桥面铺装工程,应用所建立的疲劳性能方程以及轴载换算公式对钢桥面铺装层使用寿命进行预测.     

基于熵权-TOPSIS模型下瓯江北口大桥聚氨酯铺装体系碎石优化

为保证瓯江北口大桥下层桥钢桥面铺装具备良好的服役性能,依托瓯江北口大桥下层桥钢桥面铺装项目,以碎石撒布量和碎石粒径为变量设计正交试验,对多种碎石方案下的组合试件进行层间拉拔试验、高温车辙试验与低温弯曲试验,研究性能指标分别与碎石撒布量、碎石粒径间的变化趋势,并以试验指标为基础建立模型数据集;综合熵权法与TOPSIS优化法,建立以层间黏结性能、高温稳定性与低温抗裂性为评价指标的熵权-TOPSIS碎石优化模型;将数据集导入优化模型进行计算。研究结果表明：碎石撒布量与碎石粒径对聚氨酯铺装体系3种性能的影响趋势存在差异性;当碎石撒布量为6.5 kg/m²且碎石粒径处于(2,3] mm时,聚氨酯铺装体系兼具较好的黏结性能、高温稳定性与低温抗裂性;并将该方案应用于实际工程中,证明按提出方案施工成型的铺装层服役效果优良,印证了该碎石方案的优异性与熵权-TOPSIS碎石优化模型良好的现实适用性,可为聚氨酯铺装体系的发展提供理论依据,同时也可为其他铺装体系的碎石优化提供解决方案。     

基于环氧沥青混凝土的钢桥面铺装工程施工技术研究

该文以成自泸赤高速公路黄舣长江大桥钢桥面铺装施工为背景,分析了环氧沥青混凝土施工的方法、工艺流程和技术要点,并提出了每一个施工环节的技术标准和施工要求,消除钢桥面铺装工程的质量通病,从而保证施工进度和质量.     

几种典型钢桥面铺装类型的对比

基于对钢桥面铺装特点与要求分析,总结了SMA、浇筑式沥青、环氧沥青铺装的特点、常见病害与施工注意事项,并从技术、经济等方面对几种铺装方案进行了对比,结论可为国内钢桥面铺装方案的选择的提供参考.     

橡胶环氧沥青碎石防水黏结层抗剪性能研究

为了研究钢桥面铺装用橡胶环氧沥青碎石(REAS)防水黏结层的抗剪性能,并分析其与桥面坡度及环境温度频繁变化的关系,进行不同剪切角度和不同冻融循环次数的斜剪试验,通过剪切界面正应力与抗剪强度的线性拟合关系计算REAS防水黏结层的黏聚力及内摩擦角,并基于能量法理论对其剪切耗散能进行研究.结果表明:添加橡胶粉的环氧沥青黏结料(EA)体系内形成了新的化学交联和物理缠结,表现出更好的黏结性能、抗变形能力和低温柔韧性;不同的剪切角度及冻融循环次数下,REAS防水黏结层的抗剪强度及剪切位移均大于EA防水黏结层,表现出更好的抗剪性能.同时,REAS防水黏结层的抗剪强度随着剪切角度的增加呈幂函数减小趋势,随冻融循环次数的增加呈抛物线型衰减,5次冻融循环后,REAS防水黏结层的剪切耗散能相对于未冻融循环的剪切耗散能减小了46.0%,说明冻融循环对REAS防水黏结层的抗剪性能影响显著.     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系。为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应。结果表明：钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力。浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀。作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高。     

环氧沥青混凝土在大跨径钢桥面铺装中的应用

大跨径钢桥面铺装是大跨径桥梁建设中的难点，本文研究环氧沥青混凝土应用于钢桥面的铺装技术，包括材料组成设计，粘结层强度，混合材料料特性和路用性能，钢板与铺装层复合梁抗疲劳性能，环氧沥青混合料生产和摊铺等方面，研究表明环氧沥青混凝土是优良的钢桥面铺装材料，研究成果首次在南京长江第二大桥上的成功应用，为我国大跨径钢桥桥面铺装提供了新的铺装类型，有广阔的应用前景。     

正交异性钢-RPC组合桥面板弯拉强度的实验研究

正交异性钢桥面一直面临疲劳开裂和铺装损坏的严重问题.为了改善桥面板受力状态,提出了一种新型的正交异性钢板薄层活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系.通过纵向足尺节段实验和横向受弯实验,表明新型组合桥面体系的抗弯拉强度远大于设计荷载下的拉应力,而重量与传统铺装持平.横向受弯实验结果证明,截面配筋率和截面有效高度对组合桥面结构抗弯拉强度影响很大,截面配筋率提高一倍和两倍,RPC的抗弯拉强度分别提高15%和40%.同样,截面有效高度增大20%,不同截面配筋率下RPC的抗弯拉强度提高30%～50%.因此,提高截面配筋率或截面有效高度能大幅降低组合桥面结构开裂破坏的风险.     

冻融作用对环氧沥青混凝土复合梁抗裂性能的影响

在中国北方季节性冰冻地区,反复的冻融作用对环氧沥青混凝土的抗裂性能影响较大。本文分别对7组环氧沥青混凝土试件进行0到30次冻融作用,研究了冻融作用对弯曲劲度模量及复合梁平面应变断裂韧度（KIC）的影响,分析了不同冻融重复作用下带裂缝的复合梁发生裂缝扩展时的横向应力应变响应和层间粘结状况。研究结果表明:弯曲劲度模量随冻融循环作用的升高而降低;复合梁平面应变断裂韧度（KIC）、裂缝尖端最大横向拉应力/应变随着冻融重复作用的增加先降低后增高;不同冻融重复作用下带裂缝复合梁断裂不会发生在环氧沥青粘结层。     

桥面构造及铺装层对正交异性钢桥面板力学性能的影响

为研究桥面细部构造和桥面铺装对正交异性钢桥面板力学性能的影响,确定合理的构造,以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋与多种缺口形式的横隔板相组合形成正交异性钢桥面板结构体系,并铺设不同厚度、不同弹性模量的沥青混凝土铺装层,建立相应的有限元实体模型进行加载,分析纵向加劲肋截面形状、横隔板缺口形式及铺装层弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板力学性能的影响规律。结果表明:加劲肋上口间距越小,改善桥面板受力性能越明显,其中加劲肋B(梯形加劲肋侧板与底板采用圆弧连接)受力性能较好,且用料少;缺口Ⅰ、缺口Ⅲ的应力集中情况好于缺口Ⅱ,因此应合理选用缺口Ⅰ和缺口Ⅲ,但缺口Ⅲ需要优化;顶板与纵向加劲肋连接处应力高,为力学性能敏感区域;铺装层弹性模量增加,钢桥面板最大主应力减小,铺装层厚度增加,钢桥面板和沥青表面最大主应力均减小,因此铺装层弹性模量与厚度要综合设计,以使钢桥面板受力性能最优。     

实桥加载下钢桥面沥青铺装层应变动态响应

为获取钢桥面沥青铺装结构的实际力学响应情况,对上海市昌吉东路大桥进行梁式桥实桥加载试验,分析了沥青铺装层(沥青玛蹄脂与环氧沥青混合料)不同层位在匀速、刹车动载作用下的纵横向应变,研究表明,路表处应变最大,为最易破坏部位;同一测点应变在匀速及刹车时具有相同的响应状态;纵向动态应变具有压拉交替及波动特性,横向动态应变仅具有波动性;动态应变随深度、车速增大及轴重减小而呈减小趋势;同一层位横向应变大于纵向应变,且前者幅值较后者对影响因素更为敏感;动态应变及其幅值对轴重、车速的敏感程度均自上而下减小;动载瞬间应变与静载应变间差异视层位不同而异.结果可为后续钢桥面铺装结构设计及材料选择提供参考.     

环氧沥青混凝土性能研究

通过对环氧沥青混凝土各方面力学性能的试验研究发现,环氧沥青混凝土具有优良的力学性能而且在低温条件下仍具有很好的变形能力,其强度是普通沥青混凝土或其他桥面铺装用的沥青混合料（SMA、浇注式沥青混凝土）的7－8倍,其温度变形系数接近钢板,因此,环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装材料较之其他种类材料具有很大的优越性。     

沥青混凝土路面抗车辙性能环道试验

为了减少沥青混凝土路面车辙病害,针对江苏省高速公路沥青路面建设中常用的路面组合形式,通过足尺环道试验评价了不同路面组合的抗车辙性能,为江苏省高速公路的建设推荐了合理的结构组合和混合料类型.试验结果表明:高温致使车辙深度迅速增加;沥青的性质影响车辙剪切流变部分的大小,在中面层使用改性沥青可减少车辙;与半刚性基层相比,沥青稳定碎石基层主要增加车辙的密实部分,而剪切流动部分几乎不变;上面层不同级配形式对混合料的抗车辙能力有显著影响;采用高粘度沥青、聚酯纤维SMA可减少沥青路面的车辙.