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原文传递钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝行为特性多尺度分析及修复效果评价

论文题名：	钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝行为特性多尺度分析及修复效果评价
关键词：	钢桥面铺装;环氧沥青混凝土;裂缝行为;多尺度分析;数字图像相关;扩展有限元;修复效果评价
摘要：	裂缝是钢桥面环氧沥青混凝土铺装的主要病害形式，若得不到有效防治，裂缝会迅速扩展，影响钢桥面铺装的使用性能与寿命，造成不利的社会与经济影响。目前对钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝的主要处理方式还是照搬沥青路面的处理方式，但钢桥面铺装支撑结构与沥青路面支撑结构存在本质差别，这种处理方式并不成功。在此背景下，本文依托西部交通建设科技项目“钢桥面沥青铺装养护与维修技术研究”(2009318000086)，通过对钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝行为的结构多尺度分析与材料多尺度分析，明晰钢桥面环氧沥青混凝土铺装的裂缝外部及内部成因，在此基础上提出相应的钢桥面环氧沥青混凝土铺装修复材料评价方法，研发适宜的裂缝修复材料并进行评价，进而提出修复效果评价方法。　　首先对钢桥面环氧沥青混凝土进行了结构多尺度分析，探索钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝形成的外因及其分布规律。通过对长江中下游地区的几座大跨径钢桥的桥面铺装裂缝情况调研，总结了钢桥面铺装裂缝行为的特点，依托润扬大桥南汊悬索桥，探索桥梁结构特性对桥面铺装裂缝分布规律的影响;采用递阶式结构多尺度建模策略，分别通过混合单元法与子模型技术，建立了含整桥响应的钢桥面环氧沥青混凝土铺装系的高层次多尺度模型，并采用随机荷载谱模拟了钢桥面铺装的不平度带来的动态冲击效应，通过对模型的动态分析确定了钢桥面环氧沥青混凝土铺装的裂缝敏感性分布规律。研究成果有助于在钢桥面铺装裂缝养护及修复中对裂缝进行快速定位。　　其次对环氧沥青混凝土材料的低温断裂行为进行了材料多尺度分析，探索钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝形成的内因及其细观裂纹形成与扩展规律。采用低温条件下环氧沥青混凝土切口小梁试件的三点弯曲试验研究了环氧沥青混凝土的裂缝行为，引入数字图像相关处理技术，捕捉环氧沥青混凝土的细观裂纹启裂与扩展过程，探索了环氧沥青沥青混凝土的细观裂纹形成及扩展规律，计算了其细观断裂参数。同时通过虚拟断裂试验，对低温条件下环氧沥青混凝土切口小梁的三点弯曲试验进行了数值模拟，与室内试验结果相互验证。采用扩展有限元技术分析了环氧沥青混凝土在低温条件下细观裂纹启裂、扩展及失稳的过程及其规律，计算了环氧沥青沥青混凝土的细观断裂参数与宏观断裂参数，并分析了环氧沥青混凝土细观断裂参数与宏观断裂参数之间的区别与联系。研究成果有助于判定环氧沥青混凝土铺装的裂缝发展状态，并为相应的修复材料选取提供理论依据。　　在钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝成因及其规律分析的基础上，研究了其修复材料的评价技术，研发了适宜的修复材料并进行了评价。在裂缝成因及其规律分析的基础上，通过修复材料室内试验与相关规程规定的总结，提出了钢桥面环氧沥青混凝土铺装的裂缝修复材料的评价内容、评价方法与评价指标;优选修复材料原材料，通过调节添加剂性能与原材料配伍，研发了适用于钢桥面环氧沥青混凝土铺装的裂缝修复材料;采用提出的修复材料评价方法对所研发的修复材料进行了评价，给出了不同修复材料的适用范围。　　最后定义了强度修复率与疲劳寿命修复率，并在此基础上提出了室内修复效果评价方法。采用环氧沥青混凝土小梁试件的弯曲强度试验与疲劳试验对环氧沥青混凝土的强度损失率、强度修复率及疲劳寿命修复率进行了评价。推导了环氧沥青混凝土不同裂缝扩展深度下的弯拉强度与修复前后环氧沥青混凝土铺装层的疲劳寿命公式。研究成果可用来对钢桥面铺装的裂缝修复效果进行评价，并为选取有效的养护修复策略、达到最优修复效果提供支持。
作者：	陈磊磊
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	钱振东
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文