（道路與鐵道工程專業(yè)論文）鋼橋面鋪裝裂縫處治技術研究.pdf

摘要 鋼橋面鋪裝裂縫處治技術研究 摘要 研究生 何長江 導師 錢振東教授 東南大學交通學院江蘇南京2 1 0 0 9 6 裂縫病害是鋼橋面鋪裝的典型病害之一 是鋼橋面鋪裝養(yǎng)護課題中的一個技術難點 鋼橋面鋪裝的 使用條件和使用要求都遠高于一般道路路面 因此對鋪裝裂縫的處治技術研究具有迫切性和實用價值 并對裂縫處治技術提出了更高的要求 本文首先對各種不同鋪裝類型進行總結分析 并對裂縫病害作了相應的分類 在大量的相關試驗及 具體養(yǎng)護工程的基礎上 提出了鋼橋面鋪裝裂縫修復材料技術性能要求 將目前的裂縫修復材料分為幾 類 并選用國內外數種裂縫修復材料進行性能試驗研究 對修復材料進行了粘度 粘結強度 固化時間 抗剪強度等相關性能試驗 考慮配比 溫度及外加劑對材料性能的影響 研究表明 通過調整這些因素 可優(yōu)化修復材料的性能 其次 研究了鋼橋面鋪裝裂縫處治施工工藝 分析了裂縫封灌時機的選擇 研究了在裂縫處治中的 各種槽口形式 槽口類型 借鑒瀝青混凝土路面中開槽裂縫的成功經驗 提出了鋼橋面鋪裝裂縫處治的 幾種處治構型及組合方式 并經過現場試驗驗證 最后 進行了鋪裝裂縫處治使用性能評價 使用u t m 疲勞試驗機考察鋪裝裂縫修復后的使用壽命 進行了完好小梁和修復后小梁的疲勞試驗 分別回歸得到應力疲勞方程 將二者進行對比 考察修復后 使用性能的下降程度 綜合考慮槽口形式 修復方式 溫度 水分 加載模式等因素對小梁疲勞壽命的 影響 研究表明 小梁修復后彎拉強度雖沒有較大程度下降 但疲勞壽命與完好小梁相比下降較為明顯 而槽口形式等因素對修復后小梁的疲勞壽命均有不同程度的影響 關鍵詞 鋼橋面鋪裝 裂縫 修復材料 施工工藝 疲勞試驗 使用性能 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h ec u r i n gt e c h n i q u eo fc r a c k i n go ns t e e ld e c ks u r f a c i n g a b s t r a c t p h m c a n d i d a t e h ec h a n g j i a n g s u p e r v i s o r p r o f q i a nz h e n d o n g t r a n s p o r t a t i o nc o l l e g e s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j i a n g s un a n j i n g2 10 0 9 6 c h i n a c r a c k i n gi so n eo ft h er e p r e s e n t a t i v ed i s e a s e so fs t e e ld e c ks u r f a c i n g a n di sat e c h n i c a le m p h a s i so f t h e s t e e ld e c ks u r f a c i n gm a i n t e n a n c es u b j e c t 1 1 1 es e r v i c ec o n d i t i o n sa n do p e r a t i n gr e q u i r e m e n t so ft h es t e e ld e c k s u r f a c i n gi sm o r es 仃i e tt h a nt h a to fc o m m o np a v e m e n t s ot h es t u d yo ft h et r e a t i n gt e c h n i q u eo f t h ec r a c k i n g o nt h es t e e ld e c ks u r f a c i n gp o s s e s s e si m m i n e n c ya n dp r a c t i c a l i t y f i r s t l y v a r i o u st y p e so fp a v e m e n t so nt h es t e e ld e c kw e l ea n a l y z e da n ds u m m a r i z e d a n dt h ec r a c k i n g d i s e a s e so fe a c hp a v e m e n tw e l ec l a s s i f i e da c c o r d i n gt ot h ep a v e m e n t s 1 1 1 ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h e r e p a i rm a t e r i a l so fs t e e ld e c ks u r f a c i n gw e r ep r e s e n t e da c c o r d i n gt oa1 0 to ft r i a l sa n dm a i n t e n a n c ep r o j e e t s s e v e r a ld o m e s t i ca n do v e r s e ar e p a i rm a t e r i a l sw e r es e l e c t e da n dt e s t e di nt h ef i e l d so fv i s c o s i t y s o l i d i f y i n g t i m e b o n ds t r e n g t h d e f o r m a t i o np e r f o r m a n c e s h e a rp e r f o r m a n c ee t c a n dt h e d i f f e r e n tt y p e so fr e p a i r m a t e r i a l so fs t e e ld e c ks u r f a c i n gw e r er e c o m m e n d e d 1 1 1 eo p t i m i z a t i o no fp e r f o r m a n c eo ft h er e p a i rm a t e r i a l s w a st a k e nt oa n a l y z et h ei n f l u e n c eo ft h em i x t u r er a t i o t e m p e r a t u r e h e a l t hp r e s e r v i n gt i m eo n 也em a t e r i a l p e r f o r m a n c e n er e s u l t ss h o wt h a tt h ef m ea d j u s t m e n to f t h em i x t u r er a t i oc o u l do p t i m i z et h er e p a i rm a t e r i a l s v i s c o s i t y s o l i d i f y i n gt i m e a n dh i g h e rt e m p e r a t u r eo rl o n g e rh e a l t hr e s e r v i n gt i m ei sg o o df o rt h eg r o w i n go f t h em a t e r i a l ss t r e n g t h n er e s e a r c h e sc a l lp r o v i d et h eb a s i cf o rt h em a i n t e n a n c eo fc r a c k i n go ns t e e ld e c k s u r f a c i n g s e c o n d l y t h ec u r i n gc o n s t r u c t i o nc r a f to ft h ec r a c k i n go ns t e e ld e c ks u r f a c i n gw a ss t u d i e d a n da l s ot h e c h o i c ec h a n c eo fc r a c ks e a l i n ga n df i l l i n gw a sa n a l y z e d v a r i o u sf o r m s t y p e so f n o t c ho ft h ec r a c k i n gc u r i n g c o n s t r u c t i o nc r a f tw e r es t u d i e d s e v e r a lc u r i n gc o n f i g u r a t i o n sa n dc o m p o u n dm o d e so ft h ec r a c k i n go nt h e s t e e ld e c ks u r f a c i n gw e r ep r e s e n t e da c c o r d i n gt of i e l de x p e r i m e n t f i n a l l y t h es e r v i c ep e r f o r m a n c eo ft h ec u r i n gs t e e ld e c ks u r f a c i n ga f t e rd i s p o s a lw a se s t i m a t e db yu s i n g u t mm a c h i n et or e v i e wt h ef a t i g u el i f ea f t e rt h ec r a c k i n gb e i n gr e n o v a t e d 1 1 1 ei n f l u e n c et ot h el i f ep e r i o do f t r a b e c u l ao f t h ec l a pf o r m r e p a i rm e t h o d t e m p e r a t u r e l o a dm o d ee t c w a ss t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h e f l e x u r a ls t r e n g t ho ft h et r a b e c u l ad e c r e a s el i t t l e b u tt h ef a t i g u el i f e f a l ld o w ns h a r p l y t h ed a pf o r ma l s oh a s i n f l u e n c eo n 也ef a t i g u el i f eo ft h et r a b e c u l a k e yw o r d s s t e e ld e c ks u r f a c i n g c r a c k i n g r e p a i rm a t e r i a l c o n s t r u c t i o nc r a f t f a t i g u et e s t s e r v i c e p e r f o r m a n c e 東南大學學位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過 的研究成果 也不包含為獲得東南大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料 與我 一同工作的同志對本文所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意 研究生簽名 舡日 東南大學學位論文使用授權聲明 東南大學 中國科學技術信息研究所 國家圖書館有權保留本人所送交學位論文的復印 件和電子文檔 可以采用影印 縮印或其他復制手段保存論文 本人電子文檔的內容和紙質 論文的內容相一致 除在保密期內的保密論文外 允許論文被查閱和借閱 可以公布 包括 刊登 論文的全部或部分內容 論文的公布 包括刊登 授權東南大學研究生院辦理 越墻 第一章緒論 1 1 研究背景及意義 第一章緒論 目前國內已興建的大跨徑公路鋼橋有近2 0 座 規(guī)劃建設與正在建設的大跨徑公路鋼橋超過1 0 座 這些橋梁一般處在交通樞紐的咽喉部位 或者是某一地區(qū)過江跨海的重要通道 對整個交通網 具有事關全局的影響 啦 因此對鋼橋面鋪裝的使用壽命有著較高的要求 但是由于惡劣的使用環(huán)境 如交通量巨大 超載等因素 橋面鋪裝在使用期間產生了很多病害 因此在國內鋼橋面鋪裝進 入大規(guī)模使用期的情況下 對鋼橋面鋪裝層病害處治技術進行研究是一個刻不容緩的課題 在鋼橋面鋪裝層使用過程中會出現許多類型的病害 表1 2 為一些國家鋼橋面鋪裝層的主要病 害類型 從表中可以看出 無論哪種鋪裝層材料或者結構 都難以避免裂縫類破損的出現 在被調 查的1 2 座國內外大跨徑鋼橋面鋪裝層中 有1 0 座存在不同程度的裂縫病害問題 占所統(tǒng)計橋梁數 量的8 3 表明裂縫類病害是影響鋼橋面鋪裝層使用壽命的主要因素之一 表1 國內外部分橋梁鋼橋面鋪裝病害情況 橋梁名稱主梁類型鋪裝材料與結構主要病害形式 a u c k l a n dh a r b o r 橋鋼桁架梁橡膠改性瀝青混合料縱向開裂 脫層 p o p l a rs t r e e t 橋 鋼桁架梁 橡膠改性瀝青混合料 縱向開裂 w y e 橋 鋼桁架梁單層澆注式瀝青混凝土縱向開裂 f i r t ho f f o r t h 橋 鋼桁架梁單層澆注式瀝青混凝土縱向開裂 h a l e b o g g s 橋 鋼桁架梁雙層環(huán)氧瀝青混凝土裂縫 車轍 脫層 l i o n g a t e 橋鋼桁架梁雙層環(huán)氧瀝青混凝土層間滑移 廣東虎門大橋 鋼箱梁單層改性瀝青s m a裂縫 車轍 廈門海滄大橋鋼箱梁雙層改性瀝青s m a裂縫 脫層 武漢軍山大橋鋼箱梁雙層改性瀝青s m a裂縫 粘結層破壞 武漢白沙洲大橋 鋼箱梁雙層改性瀝青s m a裂縫 滑移 香港青馬大橋鋼桁架梁單層澆注式瀝青混凝土局部氣泡和粘結層脫層 江陰大橋鋼箱梁單層澆注式瀝青混凝土開裂 車轍 在鋼橋面鋪裝裂縫成為其主要病害的現實狀況下 對鋼橋面鋪裝裂縫病害機理及其處治技術進 行研究具有非常重要的意義和價值 對鋼橋面鋪裝力學分析p 4 和裂縫產生機理 2 5 1 的分析國內外已 經有很多學者進行了詳細的研究 但對鋼橋面鋪裝裂縫病害的處治技術研究目前所做工作甚少 很 多針對鋼橋面鋪裝裂縫的修復大部分為參考路面裂縫修復的方法和手段 這對鋼橋面鋪裝這種特殊 的鋪面結構遠遠達不到處治的目的 目前國內大部分針對鋼橋面鋪裝裂縫的處治均未達到理想的效 果 因此本文將針對鋼橋面鋪裝裂縫的處治技術進行研究 并對各種處治技術進行使用壽命預估和 使用效果評價 1 2 國內外研究現狀及存在問題 大跨徑鋼梁斜拉橋 懸索橋的建設已有較長的歷史 同時鋼橋面鋪裝技術的研究工作開展得也 較早 許多國家都投入了大量的人力和物力 取得了適合本國國情的橋面鋪裝經驗 6 最早開展鋼 橋面鋪裝研究和實踐的國家是德國 隨后法國 日本 丹麥 美國等國家也相繼開展了這方面的工 作 少數國家 如德國 日本等 還制定了相應的技術規(guī)范 捫 但是對于鋼橋面鋪裝裂縫處治技術 的研究報道甚少 目前的研究主要集中在路面裂縫的處治技術上 具體研究現狀如下 東南大學碩士學位論文 1 2 1 國外研究現狀 國外學者在道路路面裂縫處治技術上作了較為詳細的研究 美國于上世紀九十年代通過s h r p 計劃的成功實施 對道路路面裂縫及坑洞病害的處治作了詳細的研究 9 并得到了相應的研究成果 m a n u a l so fp l a c t i c e s h r p h 3 4 8 對瀝青路面裂縫的處治起了規(guī)范指導作用 c r a f c 0 公司對 裂縫開槽的方式按標準槽非貼封式 標準槽貼封式 淺槽貼封式 簡單無槽貼封式等4 種方案進行 過研究比較 認為標準槽貼封式處理的效果最好 其裂縫填封失效率最低 lo 還有美國m a i n e 州交 通運輸部門 d o t 利用一種g l a s g r i d 8 5 0 1 的玻璃纖維網來抑制反射裂縫 1 1 1 取得了很好的效果 國外學者在瀝青混合料的疲勞壽命的研究方面取得了大量成果 1 9 5 5 年h v e e m 首次提出瀝青 路面的疲勞損傷問題 1 2 1 并開展了瀝青路面疲勞開裂與路面彎沉之間關系的研究 k i mw 和 e i h u s s e i nm 1 3 將損傷 斷裂力學方法用于分析瀝青混合料的疲勞損傷特性 他們研究了低應變下瀝 青混凝土斷裂韌性的變化規(guī)律 p a r ksw 等 l4 選取一種含損傷增長速率的粘彈性本構模型來描述與 表達瀝青混合料單軸應力 常應變率行為 利用彈性 粘彈性對應原理 將彈性損傷模型直接換成粘 彈性損傷模型 并采用形式上與裂縫擴展規(guī)律相似的粘彈性材料損傷演變規(guī)律來描述瀝青混合料的 粘彈性損傷特性 w h a l f a n g t l 5 提出基于間接拉伸試驗的粘彈性分析來研究并評價西部環(huán)道試驗使 用的瀝青混合料疲勞性能 a d e a c o n 與l iy o n g q i t l 6 1 7 分析了瀝青混凝土的疲勞特性 并對瀝青路 面疲勞裂縫進行模擬 b o r w e n t l 8 研究了集料 瀝青混合料高溫疲勞性能及其疲勞過程 k a g h u z l a n t l 9 悃耗散能方法來分析瀝青混合料疲勞特性 盡管所作研究工作量較大 但針對處治后 的瀝青混凝土的疲勞壽命研究目前還未見報道 本文將針對裂縫經過處治后的鋼橋面鋪裝使用壽命 進行預估 1 2 2 國內研究現狀 國內研究中 東南大學陳團結對大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的裂縫行為進行了研究 其 通過對環(huán)氧瀝青混凝土裂縫類病害現場調查和分析 根據裂縫的具體特征把鋪裝層上的裂縫分為三 類 在此基礎上通過對鋼橋面鋪裝層荷載圖式的研究以及不同條件下鋪裝層的力學分析 得出不同 類型裂縫產生的機理 并對鋼橋面鋪裝各種病害之間的演化關系進行了分析 2 東南大學敬淼淼對 大跨徑鋼橋面瀝青鋪裝層裂縫病害進行了研究 并從力學的角度對橋面鋪裝進行深入研究 尋求鋪 裝層裂縫的形成及擴展機理 為鋪裝層材料 結構設計提供了理論參考 提出采用2 0 節(jié)點等參單元 裂縫奇異單元模型 建立線彈性斷裂力學有限元模型 該計算模型能反映出裂縫尖端的應力場特性 解決了裂縫尖端應力奇異性 并對比研究了鋼橋面瀝青鋪裝層無裂縫和帶裂縫工作狀況下鋪裝層的 受力 其研究表明 瀝青鋪裝層的縱向裂縫的發(fā)展易引起橫向次生裂縫的產生 而橫向次裂縫的產 生又惡化了橋面鋪裝的受力狀態(tài) 促使縱向裂縫有進一步擴展的趨勢 z 0 同濟大學孫旭霞 2 l 研究了 鋼箱梁正交異性橋面板的構造對鋪裝的影響 從受力角度方面來考慮鋼橋面鋪裝裂縫病害產生的內 在原因 東南大學張磊針對江陰大橋鋼橋面鋪裝病害的發(fā)展情況 對鋼橋面鋪裝病害進行了分類 并根 據分類的病害類型 對江陰大橋鋼橋面鋪裝進行了跟蹤調查 同時結合有限元理論 進一步闡述了 裂縫產生后 橋面鋪裝受力特性的變化 最后在上述研究基礎上 提出了病害處治方案 2 2 i 于力結 合江陰大橋鋼橋橋面鋪裝局部修復工程 對江陰大橋橋面鋪裝病害作了全面的調查研究 分析了江 陰大橋橋面鋪裝破壞的主要原因 認為材料及結構選用不當 使用條件苛刻 超載與大交通等是其 破壞的主要原因 王金生對澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害進行了分析及并得出了一些相應的 對策 并結合江陰長江公路大橋的鋼橋面鋪裝跟蹤調查情況 對鋼橋面鋪裝的病害類型進行了劃分 宗海對鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝早期病害作了深入細致的研究 對這些病害的處治提出了一 些具體的對策 并提出了幾種病害處治材料 進行了試驗研究對比 為環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝的 養(yǎng)護對策做了一定的基礎研究 j 在路面裂縫處治技術的研究中 長安大學康敬東 2 6 對裂縫病害進行了詳細的分析 將其分為 六類 并對其嚴重程度進行了分級 并對各種裂縫修補材料的性能 適用場合進行了分析比較 提 出了裂縫修復施工工藝 何波 27 j 對瀝青路面裂縫的破損機理進行了詳細的研究 并通過對裂縫修補 2 第一章緒論 機理和修補時機的分析 得出裂縫修補時對裂縫的開槽槽壁和灌縫材料的要求以及最佳灌縫時間 申愛琴 2 8 分析水泥混凝土路面設計 施工及養(yǎng)護現狀 認為路面破壞和開裂機理是一個復雜的問題 同時結合路面裂縫的特殊性質及材料市場供應狀況 通過大量的試驗研究 優(yōu)化了改性水泥類路面 微裂縫修補材料的配合比設計 同時并開發(fā)出了聚合物改性水泥修復材料 華南理工大學張肖寧 李智等研究了f a c 瀝青混合料在處理基層反射裂縫中的應用 研究表明 富瀝青混和料對抵抗反射裂縫有一定的作用 2 9 1 長安大學杜少文 余海浪對i s a c 在罩面中的發(fā)展和 使用性能進行了研究 研究得出使用應力吸收層和土工織物共同作用的應力吸收復合夾層 i s a c 在 防止罩面的反射裂縫有良好的效果 如 付漢江 凡孝軍 3 l 等對玻纖格柵在瀝青路面防治反射裂縫中的應用進行了研究 并結合襄荊高 速公路瀝青路面施工的工程實踐 對采用玻纖格柵治理瀝青路面產生反射裂縫的作用機理等進行了 較為詳盡的闡述 西南科技大學田加亨 蘇華友 3 2 等針對引進不久的s t r a t a 技術 結合漢 武漢 宜 宜昌 高速公路瀝青加鋪工程 從舊水泥混凝土路面的綜合處治 s t r a t a 應力吸收層的混合料設 計 施工工藝 施工中日常檢測幾個方面對s t r a t a 技術的應用進行了全面研究 并肯定了其在水 泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層時的防反射裂縫作用 同濟大學李淑明等 3 3 結合試驗路實體工程 采用有限元方法分析了土工布 玻璃纖維網對舊水泥混凝土 p c c 路面瀝青混凝土 a c 加鋪層復合式 路面結構的內力影響 發(fā)現為防治i h p c c 路面的接縫 裂縫在a c 加鋪層內產生反射裂縫 宜在加鋪層 底部鋪設夾層 且模量較大的玻璃纖維網效果更好 北京工業(yè)大學孫全勝等 對s c 水泥改性劑的性能進行了一些相關的研究 由s c 水泥改性劑的使 用特性對其應用范圍進行了一定的闡述 并得出該種材料可以在橋面鋪裝修復中使用 廣東工業(yè)大 學王道平掣3 5 對超細水泥用于水泥混凝土路面裂縫處理進行了研究 并闡述了灌漿技術在水泥混凝 土路面裂縫處理中的應用 同濟大學交通運輸工程學院王曉飛 長安大學申愛琴p 叩 7 等對磨細礦渣改性超細水泥耐久性及 收縮性能進行了研究 以超細水泥 磨細礦渣及其它外加劑制各了水泥混凝土路面裂縫灌漿材料 對該類材料的力學性能和界面粘結性能進行研究 并通過微觀試驗分析揭示了材料宏觀性能的改性 機理 其研究表明 磨細礦渣能通過微粒填充作用使超細水泥漿體的微觀結構變得更密實 提高材 料穩(wěn)定期的力學強度 適量的磨細礦渣能改善灌漿材料的粘結界面微觀結構 增加界面粘結強度 河北省京秦高速公路管理處王玉順等人 3 s 3 9 結合京秦高速公路路面縱橫向裂縫 對瀝青路面裂 縫的修補技術進行了研究 提出了路面裂縫修復的技術要求 并結合工程提出了幾種瀝青路面修補 方法 長安大學呂寧等 加 對微波養(yǎng)護技術進行了研究 并結合其在京滬高速公路上的應用介紹了采 用微波加熱修補路面缺陷的新方法 實驗結果表明微波加熱具有加熱速度快 加熱均勻 加熱深度 大等特點 并且通過比較發(fā)現微波加熱修補坑槽的經濟效益較好 廣東能達高等級公路維護有限公 司張世福 4 1 等人研究了淺層灌漿技術在高速公路水泥混凝土路面養(yǎng)護維修中的應用并結合高速公路 具體工程實踐 對高速公路水泥混凝土路面出現的裂縫 破碎 下沉 橋頭跳車等嚴重病害進行了 分析研究 提出了利用淺層灌漿技術對水泥混凝土路面進行處理 封堵板下空隙 使松散的基層 底基層重新凝固 恢復其對路面板的整體支承作用 在壽命預估的研究上 長沙理工大學鄭鍵龍 4 2 提出了基于損傷力學的瀝青混合料疲勞壽命預 估 根據損傷力學的相關理論 用循環(huán)耗散能定義為瀝青混合料的損傷變量 并結合疲勞試驗結果 推導了損傷函數 損傷演化方程 得出了損傷模型 對瀝青混合料的疲勞壽命進行了預估 湖南大 學陳子金 4 3 對高等級瀝青路面使用壽命預測方法進行了研究 提出了基于落錘式彎沉儀 f w d 彎 沉盆參數來預測高等級瀝青路面的使用壽命 在預測路面使用壽命方法中 提出包括損壞壁和極限 車轍深度在內的多指標預測方法 中南大學鄒春偉等m 提出了一種預測混凝土路面斷裂的方法 運用斷裂力學理論 計算出3 種 典型輪載下引起斷板的臨界長度 通過無損檢測 探測出可能產生斷板部位的裂縫長度 比較二者 可知混凝土路面是否即將斷裂 用此方法可及早發(fā)現可能產生斷板的部位 采取適當防護措施延長 公路使用壽命 東南大學交通學院黃曉明 巴桑頓珠 4 5 對瀝青路面裂縫溫度疲勞擴展壽命進行了分 析 其為研究溫度收縮對瀝青路面開裂的影響規(guī)律 在考慮瀝青混凝土彈性模量及溫縮系數隨溫度 3 東南大學碩士學位論文 改變的基礎上 采用斷裂力學有限元模型對溫度型表面裂縫及反射裂縫的擴展進行動態(tài)分析 并預 估2 種溫度裂縫疲勞斷裂壽命 結果表明 不同變溫條件下 裂縫擴展的應力強度因子k 呈現出不 同的增長趨勢 溫降越大 裂縫擴展越快 基準溫度越低 裂縫擴展越快 i 3 主要研究內容 1 鋼橋面鋪裝裂縫處治材料性能要求及優(yōu)選 由于鋼橋面鋪裝的工作條件較普通路面嚴酷 當鋪裝出現裂縫進行處治時 對裂縫處治材料的 性能要求較普通路面嚴酷 在本部分內容中將根據鋼橋面鋪裝的材料特性 受力狀況等因素并結合 水分m 溫度等環(huán)境因素的影響 為了使裂縫處治達到最終目的 并獲得理想的處治效果 對裂縫 處治提出相應的具體要求 即分析出裂縫的處治機理 同時針對裂縫處治機理提出處治材料的性能 要求 并結合這些要求對處治材料進行優(yōu)選 同時對鋼橋面鋪裝裂縫處治材料的試驗方法進行設計 2 鋼橋面鋪裝裂縫處治工藝研究 對鋼橋面鋪裝裂縫修復處治施工工藝進行研究 主要研究內容為通過對裂縫處治槽口形式 裂 縫病害處治時間以及不同處治方法施工工藝等內容進行研究 3 鋼橋面鋪裝裂縫處治使用壽命預估 對鋼橋面鋪裝裂縫處治后使用壽命進行預估 分析目前常使用的各種使用壽命預估方法 研究 出最合適的壽命預估模型 對鋼橋面鋪裝裂縫處治進行壽命預估 由于鋼橋面鋪裝裂縫處治的使用 壽命受水的影響很大 因此將對鋼橋面鋪裝裂縫處治在水的作用下其使用壽命進行預估 并對有水 無水兩種情況下的使用壽命進行比較 1 4 研究技術路線 1 根據鋼橋面鋪裝裂縫處治材料受力狀況 水分 溫度等因素提出處治材料的性能要求 同時 針對這些要求對處治材料進行優(yōu)選和相應的試驗方法設計 對裂縫處治材料失效進行研究 鋼橋面 鋪裝裂縫處治材料的失效機理比各向同性材料復雜 因此要結合裂縫的具體形狀 對其受力狀態(tài)進 行分析 并對失效病害進行分類研究 2 對裂縫處治施工工藝進行研究 主要通過對裂縫病害處治槽口形式的選擇 裂縫處治時間以 及不同處治方法施工工藝等內容進行研究 找出理想的裂縫處治施工工藝 3 通過對裂縫處治使用壽命預估方法進行研究 建立鋼橋面鋪裝裂縫修復后使用壽命預估模型 分別預估裂縫處治后在有水環(huán)境下和無水環(huán)境下的使用壽命 探討水分對鋼橋面鋪裝裂縫處治使用 壽命的影響 使用小梁預制裂縫 并對預制的裂縫進行處治 最后對完整小梁 帶裂縫小梁以及裂 縫處治后的小梁分別進行有水和無水疲勞試驗得出疲勞試驗結果 由于試驗為多因素多水平試驗 因此采用正交試驗設計方法進行試驗設計 以簡化整個試驗量 4 第一蘋緒論 參考文獻 1 黃衛(wèi) 大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計理論與方法 m 北京 中國建筑工業(yè)出版社 2 0 0 6 1 2 0 2 陳團結 大跨徑鋼橋橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝裂縫行為研究 d 博士學位論文 南京 東南 大學交通學院 2 0 0 6 3 東南大學 南京長江第二大橋建設指揮部 南京長江第二大橋鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝技術 及應用 r 2 0 0 0 4 黃衛(wèi) 錢振東 程剛等 大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝研究明 科學通報 2 0 0 2 4 7 2 4 1 8 9 4 1 8 9 7 5 林廣平 基于斷裂力學的鋼橋面鋪裝層疲勞壽命研究 d 博士學位論文 南京 東南大學交 通學院 2 0 0 6 6 多田宏行 橋面鋪裝的設計與施工 m 日本 鹿島出版會 1 9 9 3 1 0 1 8 7 m a n t l e de s i e g f r i e ds r e l i a b i l i t yo f p a v e m e n to ns t e e lb r i d e g sw i t ho r t h o t r o p i ep l a t e s j b e r i c h t ed e r b u b d e s a n s t a kf u rs t r a t 3 e n w e s e n 2 0 0 0 8 顧新宇 懸索橋橋面瀝青鋪裝層力學分析及結構設計研究 d 博士學位論文 南京 東南大 學交通學院 2 0 0 2 9 l s m i t h a r u s s e l lr o m i n ek e l l y m a t e r i a l sa n dp r o c e d u r e sf o rs e a l i n ga n df i l l i n gc r a c k si n a s p h a l t s u r f a c e dp a v e m e n t s m a n u a l so f p r a c t i c e s h r p h 3 4 8 1 9 9 3 1 0 d a v i d j o h n s o n r e e db f r e e m a n a n dj a m e sr s t e v e n s o n c o s t e f f e c t i v e n e s so fc r a c ks e a l i n g m a t e r i a l sa n dt e c h n i q u e sf o ra s p h a l tp a v e m e n t s t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hr e c o r d l6 9 7 p a p e r n o 0 0 0 5 4 2 2 0 0 0 1 1 f i e l dt e s te v a l u a t e s p a v e m e n tr e i n f o r c e m e n ts y s t e m p u b l i cw o r k s a u g u s t1 9 9 9 1 2 h v e e mfn p a v e m e n td e f l e c t i o n sa n df a t i g u ef a i l u r e s h r bb u l l 1 9 5 5 11 4 1 4 3 8 7 13 k i mw e i h u s s e i nm v a r i a t i o no ff r a c t u r et o u g h n e s so fa s p h a l tc o n c r e t eu n d e rl o w s t r a i n j c o n s t r u c t i o na n db u i l d i n gm a t e r i a l s v 0 1 1 1n o s 7 8 1 9 7 7 4 0 3 4 1 1 1 4 p a r ksw k i myr s c h a p e r yr 丸av i s c o e l a s t i cc o n t i n u u md a m a g em o d e la n di t sa p p l i c a t i o nt o u n i a x i a lb e h a v i o ro f a s p h a l tc o n c r e t e j m e c h a n i c so f m a t e r i a l 1 9 9 6 2 4 1 2 5 5 15 w h a i f a n g f a t i g u ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fw e s t r a c ka s p h a l tm i x t u r e sb a s e do nv i s c o e l a s t i c a n a l y s i so f i n d i r e c tt e n s i l et e s t d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no f n o r t hc a r o l i n as t a t eu n i v e r s i t y 2 0 0 2 16 a d e a c o n f a t i g u eo fa s p h a l tc o n c r e t e d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no fu n i v e r s i t yo f c a l i f o r n i a b e r k e l e y c a l i f o r n i a 1 9 6 5 17 l iy o n g q i a s p h a l tp a v e m e n tf a t i g u ec r a c k i n gm o d e l i n g d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no fl o u i s i a n a s t a t eu n i v e r s i t y 19 9 9 l8 t b o r w e n h i g h t e m p e r a t u r ef a t i g u ea n df a t i g u ed a m a g ep r o c e s so fa g g r e g a t e a s p h a l tm i x e s t d a d o c t o r a ld i s s e r t a t i o no f u n i v e r s i t yo f c a l i f o m i a b e r k e l e y 2 0 0 2 19 k a g h u z l a n f a t i g u ed a m a g ea n a l y s i si na s p h a l tc o n c r e t em i x t u r e sb a s e du p o nd i s s i p a t e de n e r g y c o n c e p t s d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no f u n i v e r s i t yo f i l l i n o i sa tu r b a n a c h a m p a i g n 2 0 0 1 2 0 敬淼淼 大跨徑鋼橋面瀝青鋪裝層裂縫病害研究 d 碩士學位論文 南京 東南大學交通學 院 2 0 0 5 2 1 孫旭霞 鋼箱梁正交異性橋面板的構造對鋪裝的影響研究 d 碩士學位論文 上海 同濟大 學土木工程學院 2 0 0 6 2 2 張磊 江陰大橋鋼橋面鋪裝病害研究 d 碩士學位論文 南京 東南大學交通學院 2 0 0 4 2 3 于力 江陰橋橋面鋪裝局部修復方案研究 d 碩士學位論文 南京 東南大學交通學院 2 0 0 4 2 4 王金生 鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝病害分析及對策 d 碩士學位論文 南京 東南大學交 通學院 2 0 0 5 2 5 宗海 環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害修復技術研究 d 碩士學位論文 南京 東南大學交通 學院 2 0 0 5 5 東南大學碩士學位論文 2 6 康敬東 瀝青路面裂縫和坑槽養(yǎng)護維修技術的研究 d 博士學位論文 西安 長安大學 2 0 0 2 2 7 何波 瀝青路面裂縫和坑槽破損機理與修補技術研究 d 碩士學位論文 西安 長安大學 2 0 0 6 2 8 申愛琴 水泥混凝土路面裂縫修補材料研究 d 博士學位論文 西安 長安大學 2 0 0 4 2 9 李智 張肖寧 徐偉 f a c 瀝青混合料在處理基層裂縫中的研究與應用 j 丁 中外公路 2 0 0 6 2 6 6 1 8 2 1 8 4 3 0 杜少文 余海浪 i s a c 在罩面中的發(fā)展和使用性能 j 中外公路 2 0 0 6 2 6 3 7 6 7 8 3 1 付漢江 凡孝軍 樊中華 玻纖格柵在瀝青路面防治反射裂縫中的應用田 養(yǎng)護機械與施工技 術 2 0 0 6 1 1 3 7 3 8 3 2 田加亨 蘇華友 余艷華 等 s t r a t a 技術在路面防反射裂縫中的應用研究 刀 養(yǎng)護機械與 施工技術 2 0 0 6 9 3 3 3 5 3 3 李淑明 蔡喜棉 許志鴻 防治復合式路面的反射裂縫技術研究 j 同濟大學學報 自然科學版 2 0 0 5 3 3 1 2 1 6 1 6 1 6 2 0 3 4 孫全勝 張銘光 s c 水泥改性劑在公路養(yǎng)護中的應用 j 公路 2 0 0 6 1 1 8 5 1 8 8 3 5 王道平 張湘?zhèn)?孫南屏 等 超細水泥用于水泥混凝土路面裂縫處理的研究 j 公路 2 0 0 6 1 2 1 9 3 1 9 6 3 6 王曉飛 申愛琴 磨細礦渣改性超細水泥耐久性及收縮性能研究 j 材料科學與工程學報 2 0 0 6 2 4 2 2 0 0 2 0 4 3 7 王曉飛 申愛琴 朱建輝 磨細礦渣改性超細水泥修補微裂縫的性能明 中國公路學報 2 0 0 6 1 9 3 2 4 2 8 3 8 王玉順 京秦高速公路瀝青路面裂縫修補方法 j 公路交通科技 2 0 0 3 2 0 3 6 1 6 3 3 9 高艷麗 付麗琴 王玉順 等 高速公路瀝青路面裂縫修補技術探討 j 公路 2 0 0 2 9 1 3 6 1 3 9 4 0 呂寧 王俊蒲 劉秋強 微波養(yǎng)護技術在京滬高速公路上的應用 j 養(yǎng)護機械與施工技術 2 0 0 6 1 1 2 9 3 0 4 1 張世福 淺層灌漿技術在高速公路水泥混凝土路面養(yǎng)護維修中的應用 j 公路 2 0 0 4 1 1 1 4 1 1 4 4 4 2 鄭健龍 呂松濤 田小革 基于損傷力學的瀝青混合料疲勞壽命預估叨 中外公路 2 0 0 5 2 5 3 9 4 9 8 4 3 陳子金 高等級瀝青路面使用壽命預測方法研究 d 碩士學位論文 長沙 湖南大學 2 0 0 4 4 4 鄒春偉 郭少華 一種預測混凝土路面斷裂的方法 j 公路 2 0 0 2 2 4 5 4 7 4 5 巴桑頓珠 黃曉明 西藏瀝青路面裂縫溫度疲勞擴展壽命分析 j 東南大學學報 自然科學版 2 0 0 6 3 6 6 1 0 1 3 1 0 1 7 4 6 韓毅 邢凱 水對瀝青路面疲勞壽命影響初探 j 丁 黑龍江交通科技 2 0 0 5 2 8 2 2 8 2 9 6 第二章鋼橋面鋪裝裂縫修復材料性能試驗研究 第二章鋼橋面鋪裝裂縫修復材料性能試驗研究 鋼橋面鋪裝材料主要有四種類型 高溫拌和澆注式瀝青混合料 g u s s a s p h a l t 瀝青瑪蹄脂 m 硒d c a s p h a l t 改性瀝青s m a 環(huán)氧瀝青混合料 e p o x ya s p h a l t 這些鋪裝材料在使用過程中均存在不 同程度的病害 在這之中又以裂縫類病害為主要形式 本章首先結合大量的鋼橋面鋪裝健康調查及 維護資料并查閱了國內外大量相關文獻 l 捌 對鋼橋面鋪裝不同形式的裂縫進行了分析 將鋼橋面鋪 裝裂縫病害分幾類 其次針對這幾種鋪裝材料裂縫類病害修復材料進行試驗研究 找出不同鋪裝材 料 不同類型裂縫的修復材料 最后 設計了一套試驗方法 以對鋼橋面鋪裝裂縫修復材料進行性 能試驗評價 2 1 裂縫病害類型 裂縫是鋼橋面鋪裝所表現出的最主要的病害類型之一 各種鋪裝材料所表現出的裂縫病害形式 均有所不同 其中環(huán)氧瀝青混合料鋼橋面鋪裝 4 s 1 主要以細小裂縫為主 裂縫尺寸主要以寬度2 m m 以 下為主 裂縫形式較為復雜 有結構性 功能性裂縫及非結構性 非功能性裂縫 結構性裂縫主要 以表面縱向裂縫為主 以及橫隔板上方出現的部分橫向裂縫 非結構性裂縫表現較為雜亂無章 有 橫向裂縫 網狀裂縫 裂縫長度寬度均有較大離散性 澆注式瀝青混合料及瀝青瑪蹄脂混合料鋼橋面鋪裝 0 3 裂縫尺寸較大 主要以縱向裂縫 橫向裂 縫及二者的組合為主 改性瀝青s m a i 橋面鋪裝 7 聲j 裂縫病害主要產生在橋面鋪裝層輪跡間 表現為 有規(guī)律的連續(xù)縱向裂縫 原因主要是鋪裝層抗疲勞強度偏低 特別是在鋼箱梁u 形肋和橫隔梁頂部 在荷載反復作用下產生較大的疲勞拉應力 導致疲勞裂縫 裂縫尺寸與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝相比較 大 其中寬裂縫尺寸可達到1 5 r a m 以上 鋼橋面鋪裝病害分類主要參照瀝青混凝土路面 通過查閱大量國內外相關文獻 9 l o 及實際鋼橋面 鋪裝病害調查 將鋼橋面鋪裝病害分為 開裂 車轍 脫層及推移 坑槽 隆脹 其 他病害 在這些病害之中裂縫類病害居首 主要表現形式為縱橫向開裂 分析產生的原因為 因鋪裝 材料耐疲勞性能不足產生疲勞開裂 疲勞開裂是鋼橋面瀝青混合料鋪裝的主要病害類型 是鋪裝層 在正常使用情況下 由行車荷載和溫度變化的多次反復作用引起的鋪裝層的開裂破壞 由于工作環(huán) 境和受力模式的不同 鋼橋面鋪裝層疲勞開裂的破壞形式 破壞位置與瀝青路面結構層完全不同 后者的疲勞開裂開始大多是形成細而短的橫向裂縫 并逐漸擴展成網狀 開裂的寬度和范圍不斷擴 大 因橋梁結構特別是橋面系結構剛度不足 例如橋面板太薄 縱橫向加勁間距過大等 引起 鋪裝表面拉應變過大 汽車荷載過重 例如嚴重超載 引起鋪裝表面拉應變過大 針對以上四種鋪裝材料裂縫病害表現形式的不同 分別就每種材料裂縫病害形式做一定的分析 分類如下 2 1 1 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝于2 0 0 1 年被應用到我國南京長江第二大橋 以其優(yōu)異的使用性能改變了國 內鋼橋面鋪裝材料領域的格局 環(huán)氧瀝青是將環(huán)氧樹脂加入瀝青中 經與固化劑發(fā)生固化反應 形 成不可逆的固化物 這種材料從根本上改變了瀝青的熱塑性質 而賦予瀝青混合料新的優(yōu)良物理力 學性質 自南京二橋成功應用后 浙江舟山桃天門大橋 潤揚長江公路大橋 南