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原文传递大跨径箱梁桥辅装层抗裂性能评价方法研究

论文题名：	大跨径箱梁桥辅装层抗裂性能评价方法研究
关键词：	大跨径钢箱梁桥面铺装;抗裂性能;三维有限元分析;高强沥青混凝土
摘要：	大跨径钢箱梁桥面铺装的开裂破坏一直是困扰我国道路届的一个难题。诸多室内试验中表现优异，抗裂性能卓越的铺装层材料一旦应用于实际桥面铺装中，往往发生严重的裂缝病害。究其原因，在于室内评价试验中材料受力状况与实际状况并不相符，而导致不相符的原因首先在于力学计算结果无法反映桥梁整体变形的影响；其次在于室内评价试验无法正确合理的模拟出铺装层的实际力学响应，因此有必要在更为精确的力学分析基础上建立一种合理的，能够反映桥面铺装真实力学响应的评价方法。　　为克服了传统力学分析方法中常用的局部梁段法、简化单元法等分析方法的固有缺陷，本文利用三维CAD技术建立了大跨径钢箱梁悬索桥及斜拉桥的整体模型，并利用高性能图形与计算工作站进行网格剖分并利用ABAQUS软件进行计算。通过车辆荷载全局及局部最不利荷位的判断，计算了铺装层应用于大跨径钢箱梁桥时在最不利荷位作用下的极限弯拉应力以及正常荷载作用下的疲劳应力，从而为设计铺装层抗裂性能评价试验模拟铺装层实际受力状况提供了力学指标。与此同时，对比了整桥分析与局部梁段分析计算结果，悬索桥与斜拉桥计算结果，以及各个车道铺装层计算结果。分析结果表明悬索桥铺装层受到整桥变形的影响更大，因此必须采用三维整桥模型进行力学分析：而斜拉桥铺装层对整桥变形不太敏感，可以在一定程度上适用于局部梁段法进行分析；第三车道容易产生更大的应力应变响应，更容易发生裂缝病害。　　在铺装层力学分析以及钢箱梁温度场分析的基础上，总结已有铺装层抗裂性能评价方法的缺点，提出了一套新型的铺装层抗裂性能评价方法。通过计算使得桥梁三维有限元模型计算结果与铺装层评价试验模型计算结果相吻合，使得铺装层复合梁试件在UTM加载作用下产生的应力水平与桥面实际受力状况保持一致，进而对高强沥青混凝土及环氧沥青混凝土的抗疲劳开裂性能作出评价。同时采用冲击韧性试验进一步佐证抗裂性能评价试验结果，并对二者的开裂机理及断裂特性进行了分析。研究结果表明环氧沥青混凝土疲劳极限更高，抗疲劳开裂能力较强但裂缝扩展速度极快：而高强沥青混凝土抗开裂能力不如前者，但是表面起裂之后的裂缝扩展速度要明显小于环氧沥青混凝土。　　通过高强沥青粘层油加铺聚酯玻纤布的方式改善高强沥青混凝土的表面质量，抗裂性能评价试验结果及冲击韧性试验结果表明高强沥青混凝土的抗裂性能得到了大幅提高。　　本文将铺装层力学分析发展为三维整体模型计算，并提出了新型的铺装层抗裂性能评价方法，为大跨径钢箱梁桥面铺装材料及结构抗裂性能的评价与判断，优选铺装层结构方案，提供了可行与可靠的方法。
作者：	赵岩荆
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	倪富健
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