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原文传递温度-荷载耦合下钢混组合梁桥桥面铺装研究

论文题名：	温度-荷载耦合下钢混组合梁桥桥面铺装研究
关键词：	钢混组合梁桥;桥面铺装;温度-荷载耦合;应力分析;力学特征
摘要：	钢混组合梁桥因钢材与混凝土的膨胀系数存在差异，当太阳辐射或外界温度变化时，钢结构部位的变温速度很快，混凝土层则较为滞后，两者间的温差会引起复杂的温度效应。在这种不利温度效应与车辆荷载的耦合作用下，桥面铺装通常在运营早期就会产生车辙、疲劳开裂等问题，因此，有必要针对钢混组合梁桥开展温度-荷载耦合下桥面铺装力学特征的研究。　　首先，为探究钢混组合梁桥桥面铺装结构在温度-荷载耦合下的力学特征，通过实地考察的形式对钢混组合梁桥桥面铺装服役现状调研，分析桥面铺装车辙病害成因，针对钢混组合梁桥特点提出温度-荷载耦合方法，基于Midas有限元软件建立某钢混组合梁悬索桥三维有限元模型，分析该桥在恒载、车载及温度共同作用下的力学响应，并对有限元仿真结果的可靠性进行验证。　　其次，基于桥面铺装温度场仿真模型，分析钢混组合梁桥桥面铺装结构温度场、温度应力受环境温度影响的变化规律。结果表明，在凌晨0:00~6:00时段，桥面铺装结构温度处于稳定阶段，且铺装层温度与环境温度基本相同；在6:00~14:00时段，桥面铺装层处于升温阶段，且铺装层顶面温度较高；在14:00~24:00时段，桥面铺装层处于降温阶段，且铺装层底面温度较高。冬季低温条件下铺装层温度应力在拉应力与压应力之间交替变化；对于不同铺装结构，最大拉应力在0.8MPa~1.0MPa之间，而最大压应力在0.5MPa~0.6MPa之间；夏季高温条件下铺装层温度应力以压应力为主，铺装层顶面的压应力均高于0.8MPa，铺装下面层的温度应力受到环境温度的影响较小，基本稳定在0.3MPa~0.4MPa之间。　　最后，基于桥面铺装温度-荷载耦合模型，依次从铺装层敏感性因素、力学响应特征等方面进行分析。结果表明，增加钢混组合梁桥桥面铺装上、下面层厚度均可显著降低路表拉应力及层间剪应力；铺装上面层模量增加，铺装表面拉应力随之增加，减小下面层模量可明显降低层间剪应力；最不利温度-荷载耦合下，钢混组合梁桥桥面铺装结构的力学响应沿铺装层深度方向逐渐减小，且不同铺装结构之间存在一定差异；此外，加载钢纵梁区域的铺装层顶面拉应力及层间剪应力相比非加载钢纵梁区域分别高15.5％、12.0%，应重点关注铺装层沿钢纵梁翼缘的纵向疲劳开裂问题。在50万次轴载作用下，四种桥面铺装结构产生的永久变形均小于3.5mm；对于桥面铺装结构永久变形验证，预估值与实测值较为相近，其最大偏差为13.5%，具有良好的一致性。　　本文针对温度-荷载耦合下的钢混组合梁桥桥面铺装结构进行力学仿真分析，提出适用于钢混组合梁桥桥面铺装的温度-荷载耦合分析流程，揭示钢混组合梁桥桥面铺装应力响应特征变化规律，为该类桥面铺装施工及养护提供有益分析方法与理论参考。
作者：	李学辉
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	钱振东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022