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超高性能轻型组合桥面铺装体系基本力学性能研究
| 论文题名： | 超高性能轻型组合桥面铺装体系基本力学性能研究 |
| 关键词： | 钢桥面铺装层;轻型组合桥;力学性能;界面强度 |
| 摘要： | 钢桥面铺装层作为大跨径桥梁的重要组成部分，越来越受到学者和工程师的关注。然而，目前的钢桥面铺装层却存在许多弊端，很容易出现早期病害，如车辙、铺装层开裂、脱层等。为解决钢桥面铺装层易损坏的问题，本文提出将薄层聚合物混凝土TPO铺筑于超高韧性混凝土STC和钢桥面板之上，形成超高性能的轻型组合桥面铺装体系，简称STC+TPO。本文主要开展STC+TPO铺装体系基本力学性能研究，取得了如下研究成果: 概括了钢桥面铺装体系的受力特点和常见病害，总结出钢桥面铺装易损坏的两个根本原因:桥面系刚度不足和铺装材料在物理力学性能方面存在缺陷。针对目前钢桥面铺装的不足，提出STC+TPO铺装，并将其设计控制指标确定为铺装层拉应力指标和层间剪应力指标。 通过对STC、TPO材料性能及界面强度的研究，得到了两种材料的力学参数和界面的粘结性能参数。研究表明STC、TPO材料具有优良的性能，足以胜任钢桥面铺装;STC-钢板、STC-TPO的界面粘结性能优异，能够保证层间的可靠粘结。以上材料基本参数的获取，也为后面的力学分析和强度可靠性分析提供了依据。 本文基于验证过的北江马房大桥有限元模型，分析了STC+TPO铺装体系的受力和变形特点。计算结果表明，采用STC+TPO铺装体系，能有效降低钢桥面板和铺装层的应力应变幅值和局部竖向变形。此外，车辆荷载、环境温度和铺装层厚度等对STC+TPO铺装体系的受力状况有较大影响。通过综合考虑多参数的影响，得到STC+TPO的最不利受力状态，并计算了此状态下铺装层中的应力值。 本文对STC+TPO铺装体系的动力特性进行了初步分析，并将动力解与静力解进行了对比。计算结果表明:铺装层最大竖向位移的动力解与静力解基本相同;铺装层最大拉应力的动力解与静力解则相差较大，其冲击系数受车辆参数和铺装层结构参数的共同影响，但冲击系数的值均小于0.2，这也说明静力分析中取0.3的冲击系数是安全可靠的。 结合动力、静力分析的结果和材料性能参数，本文对STC+TPO铺装体系的强度可靠性进行了分析。结果表明:STC和TPO的抗拉强度及界面抗剪强度均满足重载和高温环境下的使用要求。从以上结果可知:STC+TPO是一种性能优异的铺装，能够解决钢桥面铺装层易损坏的难题。 |
| 作者： | 王懿 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 李嘉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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