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原文传递重载条件下钢桥面浇注式沥青铺装特性研究

论文题名：	重载条件下钢桥面浇注式沥青铺装特性研究
关键词：	重载交通;浇注式沥青;钢桥面铺装;粘弹塑性模型;永久变形;疲劳特性;交通特性
摘要：	近年来，随着交通量的快速增加和超重车比例的提高以及交通车辆组成结构的改变，原有的钢桥面铺装设计方法已不能有效控制浇注式沥青铺装的病害。为此，本文结合江阴大桥重载交通钢桥面沥青铺装研究课题，研究解决重载交通荷载作用下钢桥面铺装耐久性问题，特别是桥面系刚度不足情况下的铺装耐久性问题。　　从重载铺装的交通特性入手，收集分析了以江阴大桥为代表的典型重载交通及轴载组成，并在此基础上，探讨了适用于重载条件的荷载力学图式。建立现场试验桥验证计算所取的有限元模型尺寸及约束条件的合理性，并在此基础上，对重载交通条件下的沥青铺装层与防水粘结层的性能指标进行了分析。　　在参考国外相关研究成果的基础上，完成了基于重载交通的高性能浇注式沥青混合料组成设计。自行设计开发了可以自动恒温和平行试验的贯入度试验仪，以确定初始最佳含油量。由高温车辙试验和低温弯曲试验确定最佳含油量，并通过刘埃尔流动度试验、极限弯曲试验、冻融劈裂试验、温缩性能试验、疲劳试验等进行路用性能系统检验。研究结果表明，研发的新型浇注式沥青混凝土整体性能优于传统意义上的浇注式沥青混凝土，既保留了原有的各项传统优点，又大幅提高了混合料的高温稳定性。　　采用粘弹塑性理论，借助于Perzyna粘塑性流动准则，得到基于浇注式沥青铺装变形特性评估的本构方程。采用三轴重复永久变形加载试验确定本构方程中的材料常数，对建立的本构方程进行数值模拟，得到基于车辙控制的钢桥面浇注式沥青混合料永久变形预测方程，计算结果表明，基于车辙控制的浇注式沥青使用寿命预测结果与铺装实际使用情况较为吻合。　　由于浇注式沥青混合料在重载交通作用下会产生明显的永久变形，因此，有必要通过钢桥面浇注式沥青铺装的结构设计来达到控制车辙发展，提高铺装使用寿命的目的。本文对优选的五种结构方案进行全面的性能对比测试，结果表明“下层浇注+上层环氧”的新型结构在技术性能上优于“双层浇注”与“下层浇注+上层SMA”等方案。在室内试验的基础上，对“下层浇注+上层环氧”复合结构建立了基于Miner损伤累加法则与能量耗散的疲劳方程，由疲劳方程可知，重载交通条件将导致浇注式沥青铺装复合结构的疲劳寿命急剧减少，因此，对重载交通进行合理控制非常必要。　　在江阴大桥主桥面选择铺装破坏最严重的路段对“下层浇注+上层环氧”复合结构进行实桥对比试验，进一步开展理论验证、施工技术与质量控制体系的完备、材料与结构的施工效果检验、通车后各有关指标的实时检测等专题研究，对比研究结果表明，该方案优于江阴大桥原配比方案以及引进国外专利技术的改性浇注式沥青玛蹄脂方案。　　采用实桥试验段实测数据，考虑裂缝扩展对铺装车辙的影响，提出抗裂缝扩展因子的概念，对基于车辙控制的钢桥面浇注式沥青混合料永久变形预测方程进行修正，研究表明改进的永久变形方程预测结果与实际情况更为吻合。由于“下层浇注+上层环氧”铺装结构在通常情况下不会发生车辙，因此，本研究通过建立疲劳方程来预测其使用寿命。考虑铺装实际疲劳情况，得到改进的疲劳寿命预测方程，研究表明该方程预测结果与实际情况较为吻合。　　在实桥对比试验段取得成果的基础上，对“下层浇注+上层环氧”复合结构进行了大面积的工程应用，实践表明该方案充分考虑了环氧沥青混凝土的特性及江阴大桥的工程实际，比较适合江阴大桥的大交通、夏季高温气候、重载交通的运营特征，有利于降低主桥面的综合养护成本与延长桥面铺装的服务年限及大修周期，具有很强的实践指导价值。
作者：	樊叶华
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄卫
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文