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原文传递桥梁无缝伸缩缝结构尺寸优化与材料设计研究

论文题名：	桥梁无缝伸缩缝结构尺寸优化与材料设计研究
关键词：	桥梁施工;无缝伸缩缝;结构尺寸;沥青混合料;主骨架空隙填充法
摘要：	无缝伸缩缝是在传统桥梁伸缩缝的应用基础上，为了有效降低模数支承式伸缩缝等传统伸缩缝平整度差、夹缝杂物不理清理、两侧啃边破坏等病害而应运而生的结构。现有的无缝伸缩缝虽然具有行车舒适、维修速度快等显著优势，但其使用寿命低、适用范围小、变形能力差等缺陷也十分明显。现阶段，尚未形成专门规范来指导无缝伸缩缝的结构及材料设计，在进行无缝伸缩缝设计时多依赖施工经验或参考路面设计规范，而这种现象往往忽视了伸缩缝结构特殊的受力状况及性能要求。因此，本文通过数值模拟与室内试验相结合的研究手段，进行无缝伸缩缝结构尺寸优化，荷载及温度应力作用下获取模型力学指标变化规律，并对无缝伸缩缝沥青混合料材料提出相应的指标要求和优选标准；提出了适用于无缝伸缩缝结构的骨架-填充状态沥青混合料设计方法，并基于此设计方法研究沥青混合料的抗剪、拉伸特性变化规律。　　首先，应用ABAQUS有限元软件建立无缝伸缩缝模型，确定荷载施加最不利位置，通过不同荷载位置下力学指标变化规律，进行结构尺寸优化设计，得到无缝伸缩缝不同荷载作用位置时结构尺寸建议值；建立不同材料参数的有限元模型，获取模型在荷载及温度应力作用下各力学指标变化规律，基于此，提出无缝伸缩缝沥青混合料相应的设计指标要求。　　其次，在现有矿料级配设计理论的基础上，结合桥梁无缝伸缩缝受力特性分析，提出了采用体积-性能指标综合评价法来对沥青混合料进行设计；为确保混合料具有稳定的骨架支撑结构，选择剩余空隙尺寸最小的颗粒堆积模型（六方最密堆积模型）作为骨架-填充状态的沥青混合料级配设计模型，基于主骨架空隙填充法（CAVF）基本理论，同时考虑干涉系数对骨架结构的影响，提出基于颗粒多点接触堆积模型的骨架-填充状态沥青混合料体积设计方法的理论公式；对骨架-填充状态沥青混合料体积设计方法的合理性进行验证，确定沥青混合料最佳拌合温度，并给出了无缝型桥梁伸缩缝骨架-填充状态的沥青混合料设计流程。　　最后，通过直接剪切试验和直接拉伸试验，进行无缝伸缩缝抗剪性能及伸缩变形性能评价，对沥青混合料抗剪强度、粘结强度、拉伸强度及断裂伸长率随材料组成内因及环境温度因素的变化规律进行了深入分析；通过提高沥青胶结料高温性能及弹性恢复率，添加适当比例的玄武岩纤维或聚丙烯腈纤维等加筋类纤维等改善措施，提高无缝伸缩缝沥青混合料的抗剪性能及拉伸性能；并选择满足抗剪特性及拉伸特性指标要求的沥青混合料进行铺面路用性能验证。　　本文基于以上内容进行了无缝型桥梁伸缩缝结构与材料设计研究，研究成果将对无缝型桥梁伸缩缝设计研究具有一定的参考价值。
作者：	李凌雯
专业：	交通运输工程
导师：	曹丽萍
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021