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原文传递沥青混凝土摊铺温度效应下的钢桥面板-铺装系交互作用研究

论文题名：	沥青混凝土摊铺温度效应下的钢桥面板-铺装系交互作用研究
关键词：	钢箱梁桥;桥面铺装;沥青混凝土;摊铺温度效应;交互作用
摘要：	沥青混凝土高温摊铺时钢箱梁桥会产生具有非线性和时-空变化特征的温度场，在荷载耦合作用下钢箱梁桥发生变形，并引起附加应力，其变形特征及受力机理非常复杂。高温摊铺温度效应不仅对桥面系层状复合体系性能产生影响，甚至还可能威胁桥梁结构安全，然而现阶段已有研究对此问题并未引起足够重视。本文从钢桥面摊铺温度场研究开始，以桥面系温度效应为突破点，揭示摊铺温度荷载对钢箱梁桥的影响以及桥面系结构交互作用的特征和规律。　　首先，依据傅里叶定律及热量平衡原理推导出钢箱梁摊铺三维瞬态温度场的导热微分方程，构建钢箱梁摊铺温度与时间域、空间域的函数关系;依据热传导理论，分析钢箱梁摊铺温度场边界及内部传热情况，并按热传导第三类边界条件对其边界进行定义;分析了钢桥面摊铺瞬态温度场直接积分法及温度效应中弹性热应力的求解问题。　　然后，运用热像测温技术对钢桥面摊铺温度场进行实测，分析正交异性钢桥面板及铺装层局部温度场时-空分布规律，依据实测数据对相关热力学参数进行确定，采用生死单元技术对沥青混凝土动态摊铺施工过程进行有限元计算，确立了一种钢桥面沥青摊铺温度场数值仿真计算方法。　　进而，基于瞬态传热理论，采用提出的钢桥面沥青摊铺温度场生死单元数值仿真技术，建立考虑上下面层沥青混凝土摊铺过程中的扁平钢箱梁摊铺温度场热固耦合仿真计算模型，分析其桥面系温度场的时-空分布规律;采用三角函数及指数函数分别对钢桥面板摊铺温度横向及竖向最不利温度荷载模式进行拟合，定量地描述了沥青混凝土摊铺温度场三维空间变化特征;同时进行了钢桥面摊铺温度场影响因素分析，获得了内外因素的影响因子，提出了考虑不同影响因素的钢箱梁摊铺温度荷载方程。　　其次，采用顺序耦合的热力学计算方法，在建立的三节段热力学模型中导入温度场计算结果进行温度效应计算，研究了热固耦合钢箱梁结构位移及应力时-空分布规律和特征，并分析了温度对桥梁结构的影响;研究了摊铺温度荷载作用下粘结层剪切应力和铺装层应力大小及分布规律，并用剪切试验拟合的抗剪强度函数关系式对摊铺温度作用下的粘结层抗剪强度进行验证。　　最后，分析温度-施工荷载耦合作用下钢桥面板横向应力、纵向应力、竖向位移的横向分布规律，研究表明:由于钢箱梁跨中截面并没有达到最不利温度荷载，施工机械荷载耦合作用下的钢桥面板力学响应指标仍旧小于最不利温度荷载时刻大小。修改模型参数进行多次数值仿真，研究最不利荷载作用下，正交异性板结构参数及布置对铺装层厚度及力学指标的影响以及不同铺装层厚度及模量对正交异性板钢桥面板力学响应的影响，并通过正交试验，分析钢桥面板-铺装系交互作用的特征与规律。　　综上所述，论文基于瞬态传热学基本理论，通过实测分析及数值仿真技术，对钢桥面沥青摊铺温度场及温度效应进行了研究，并就钢桥面板-铺装系的交互作用开展探索。研究成果揭示了沥青混凝土高温摊铺温度场及温度效应的时-空分布规律，剖析了高温摊铺效应下桥面系结构交互作用的特征，可指导钢桥面铺装优化设计并完善施工及养护措施，减缓摊铺高温对桥梁结构的影响，抑制铺装系早期病害的产生。
作者：	金磊
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	钱振东
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文