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钢桥面沥青混凝土铺装层力学特性分析及开裂行为研究
| 论文题名： | 钢桥面沥青混凝土铺装层力学特性分析及开裂行为研究 |
| 关键词： | 钢桥面板铺装层;开裂现象;养护技术;沥青混凝土;应力强度;荷载作用 |
| 摘要： | 钢桥面板上的桥面铺装层经常产生裂缝、车辙等病害。在正交异性钢板上摊铺沥青混凝土，桥面铺装层的受力十分复杂，影响因素很多，因此很有研究的必要。本论文针对钢桥面铺装层产生的病害，利用ANSYS有限元软件，采用有限元原理和断裂力学理论，对桥面铺装层力学特性及其开裂行为进行了研究，为桥面铺装层设计和养护方面提出了建议。 首先，对正交异性面板上摊铺沥青混凝土铺装层进行了特异性分析。分析了桥面铺装层病害以及产生的原因。并且根据桥面铺装层产生病害的原因提出了钢桥面板最大竖向位移指标、铺装层最大拉应力控制指标、铺装层最大剪应力指标、铺装层竖向位移指标和铺装层的温度应力指标5种控制指标，并且给出了不同温度下控制指标的选择方法。 其次，以国内某大桥为工程背景建立了ANSYS有限元模型，分析得到了钢桥面板和桥面铺装层的最不利荷载位置。研究了不同铺装层厚度、不同铺装层弹性模量、垂直加水平荷载作用以及超重对铺装层力学特性的影响。结果表明:以钢桥面板最大竖向位移为指标，钢桥面板最不利荷载位置横向为距离道路中线1275m～1605m处，纵向为横隔板正上方，并且建议将该横向宽度设置为临时停车道。以最大拉应力和剪应力为控制指标，桥面铺装层最不利荷载位置横向为两个U型肋中间正上方，纵向荷载位于两块横隔板的正中央。根据受力分析结果，推荐在设计时上面层铺装厚度在40mm～45mm之间，下面层厚度在30mm～35mm之间，铺装层总厚度为7cm～8cm。推荐下面层弹性模量为1600Mpa～2100Mpa之间，上面层为1000Mpa～1500Mpa之间。 最后，建立了三维带裂缝桥面铺装ANSYS有限元模型，通过相互作用积分法研究了不同荷载位置、不同裂缝深度、不同铺装层厚度、不同弹性模量、垂直加水平荷载和超载条件下应力强度因子的变化规律。结果表明:裂缝深度、铺装层厚度、弹性模量的增大都会使应力强度因子增大，水平荷载对应力强度因子影响较小，超载会使应力强度因子线性增大，并且根据分析的结果给出了桥面铺装层开裂后工程养护方面的建议。 |
| 作者： | 张桂学 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 秦旻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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