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原文传递基于复合梁的钢桥面铺装层疲劳特性研究

论文题名：	基于复合梁的钢桥面铺装层疲劳特性研究
关键词：	大跨径钢桥;桥面铺装;环氧沥青混凝土;复合梁;疲劳特性;箱梁桥
摘要：	疲劳开裂是大跨径钢箱梁桥沥青混凝土铺装在使用过程中所面临的主要病害之一，如何在实验室模拟交通荷载对正交异性钢桥面沥青混凝土铺装层的作用是钢桥面铺装领域亟待解决的关键技术问题。到目前为止，世界各国均未形成系统的钢桥面铺装设计理论与设计方法。本课题选用有广阔应用前景的环氧沥青混凝土铺装层为研究对象，以复合梁为载体，研究了环氧沥青混凝土复合梁在弯曲荷载作用下的特性，以及复合梁疲劳过程中的环氧沥青混凝土铺装层的疲劳温升与能耗特性，建立了考虑层间粘结效应的新型钢桥面铺装复合梁模型与基于修正能耗的环氧沥青混凝土铺装层疲劳方程，提出了钢桥面环氧沥青混凝土铺装层的耐久性评估方法。 (1)考虑层间粘结效应的新型钢桥面铺装复合梁模型根据对正交异性钢桥面铺装荷载．变形响应特性的分析，将车轮荷载作用下正交异性钢桥面铺装的局部效应转化为简支复合梁进行研究，借鉴部分共同作用理论，采用三条基本假定：(1)铺装层与钢板层间允许相对变形，其应变分布不连续；(2)横截面上应变沿铺装层与钢板高度方向的应变斜率相等；(3)层间剪应力正比与层间相对变形，建立了考虑层间粘结效应的新型钢桥面铺装复合梁模型，推导得出了层间滑移、应变与挠度等的解析表达式，提出钢桥面铺装参数反算方法，并测试了环氧沥青混凝土铺装复合梁横截面上的应变分布，试验结果验证了新模型的有效性。 (2)环氧沥青混凝土铺装层的疲劳特性在复合梁疲劳过程中，环氧沥青混凝土铺装层所消耗的能量可分为损伤能耗与热耗散两方面。损伤能耗是引起铺装层疲劳损伤的直接原因，热耗散则与铺装层的累积损伤无直接关系。通过修正疲劳温升对铺装层模量的影响可实现损伤能耗的计算。文中完成了复合梁的挠度与模量随温度的变化规律以及疲劳过程中铺装层的温升规律的测定，并实现了对铺装层模量疲劳过程中的修正计算。通过不同应力水平的复合梁疲劳试验，研究了动挠度、动模量、能耗等疲劳特性参数的变化规律以及疲劳寿命的分布，建立了复合梁铺装层的疲劳失效标准与疲劳方程。环氧沥青混凝土铺装层的疲劳服从双参数Weibull分布，其损伤累积符合线性法则。唯象学方法与能量法所得到铺装层的疲劳方程可在形式上取得较好的一致，能量法可区分铺装层疲劳过程中累积损伤与热耗散现象，与钢桥面铺装的实际状况更为接近。 (3)钢桥面铺装层的疲劳寿命估算方法建立了室内疲劳试验荷载与室外标准轴载之间的对应法则，该方法以相对变形为等效指标，BZZ-100的室内疲劳等效荷载为3.8kN，研究了不同轴载对铺装层的疲劳损伤与等效换算问题，提出了基于刚度验算与线性累积损伤并考虑车轮荷载横向分布效应的钢桥面铺装疲劳寿命预估方法。
作者：	陈先华
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：	2006
正文语种：	中文