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原文传递大跨径钢桥桥面铺装设计关键技术研究

论文题名：	大跨径钢桥桥面铺装设计关键技术研究
关键词：	大跨径钢桥;沥青混合料铺装;力学分析;纵隔板;疲劳;车辙;轴载换算;设计方法
摘要：	近年来随着交通事业的快速发展,已建成或正在建设的大跨径桥梁逐渐增多,国内外的经验表明,大跨径桥梁(包括斜拉桥和悬索桥)最有效的结构形式之一是加劲的钢箱梁桥.由于沥青混合料具有优良的路用性能,大跨径钢箱梁桥正交异性桥面板大多数采用沥青混合料铺装,它一般由防锈层、粘结层、沥青混合料铺装层构成,直接铺筑于钢箱梁顶板之上,总厚度在35~80mm之间.由于大跨径钢箱梁桥桥面铺装的使用条件、施工工艺,质量控制与要求的特殊性,对它的强度、抗疲劳性能、抗车辙性能、抗剪切性能及变形协调性等均有较高的要求,国内外尚未得到普遍有效的桥面铺装设计理论与方法,深入研究大跨径钢桥桥面铺装设计关键技术具有重要的意义和应用价值.本文首先介绍了国内外大跨径桥梁建设及桥面铺装概况,调查与分析了大跨径钢桥桥面铺装的主要破坏类型,提出了需要解决的主要问题,并针对大跨径钢桥桥面铺装研究现状与存在的问题,提出本文研究内容、技术路线及研究目标.其次,给出了钢桥面铺装体系有限元计算的基本原理及假设,根据国内大跨径钢桥常用的钢箱梁正交异性桥面板及铺装结构参数,应用通用有限元ANSYS软件建立有限元模型并进行大量的力学计算.分析了钢桥面铺装结构的各力学指标与钢箱梁桥面板及铺装结构参数的关系,给出各力学指标与荷载的回归拟合模型,它们近似成线性关系.通过设置纵隔板的正交异性钢桥面铺装体系力学特性及纵隔板两侧加劲肋刚度对钢桥面铺装体系受力的敏感性分析,指出纵隔板上方铺装层表面出现更明显的应力集中,它可以通过改变纵隔板两侧加劲肋刚度得以降低,而且纵隔板上方铺装层表面最大横向拉应力或应变与纵隔板两侧加劲肋刚度有很好的相关关系.再次,采用基本方法分析了钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性,建立的疲劳方程可用于轴载换算.应用能量法分析了钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性,提出了它的疲劳寿命预测方法及公式,同时应用损伤-断裂力学方法,从力学近似法角度初步探索钢桥面沥青混合料铺装体系复合结构疲劳过程中的力学行为及其疲劳裂缝形成机理,给出了它的疲劳寿命预测公式.通过南京长江第二大桥钢桥面铺装体系疲劳试验结果的实例分析,指出了用损伤,断裂力学方法预测的钢桥面沥青混合料铺装体系的疲劳寿命比能量法预测的疲劳寿命小,表明环氧沥青混凝土铺装具有很好的疲劳性能.通过分析表明,钢桥面铺装的车辙病害主要是由热塑性类沥青混合料铺装层的剪切变形或塑性流动造成的,压密会增加铺装车辙量而不足以形成车辙破坏,它只出现在开始阶段.影响钢桥面铺装车辙的因素包括内在因素和外部条件,评价钢桥面铺装车辙的试验方法可以参照评价沥青混合料高温稳定性的一些试验方法,车辙的控制指标可以采用铺装层沥青混合料容许永久应变ε<,p> (或厚度减薄量△h)和铺装层容许车辙深度RD,其容许值可参照沥青路面标准.通过国内外沥青路面车辙预估方法及模型的归纳与分析,利用通用有限元ANSYS软件提供的蠕变模型和层-应变法,提出了钢桥面热塑性类沥青混合料铺装车辙预估方法及模型,并研究了车辙预估模型中参数的确定方法.实例分析表明,本文提出内钢桥面铺装车辙预估方法是可行的.根据钢桥面沥青混合料铺装设计必须控制的主要破坏形式,提出钢桥面铺装结构设计指标体系,可分为两类:一是疲劳指标,二是车辙指标,进而提出了遵循该设计指标体系等效的轴载换算原则,应用疲劳掌效和车辙等效原理,推导出钢桥面沥青混合料铺装体系轴载换算公式.根据室内疲劳试验及力学分析结果,确定了基于疲劳等效的轴载换算公式中的指数n和其他轴型与轮组轴载换算为单轴双轮组轴载换算系数C<,1>和C<,2>.基于车辙等效的的轴载换算公式中的参数,可通过车辙、蠕变等试验及力学分析来确定.推导出的钢桥面铺装体系轴载换算公式经修正后可用于设计或验算.最后在本文的研究基础上、提出了大跨径钢桥桥面铺装设计方法,并给出了大跨径钢桥桥面铺装设计步骤及流程图.
作者：	刘振清
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：	2004
正文语种：	中文