（道路與鐵道工程專業(yè)論文）鋼掛梁橋面鋪裝力學(xué)分析與材料試驗(yàn)研究.pdf

鋼掛梁橋面鋪裝力學(xué)分析與材料試驗(yàn)研究 摘要 近年來 隨著我國(guó)交通事業(yè)快速發(fā)展 對(duì)道路路面和橋面的使用功能要求也 越來越高 由于鋼橋橋面瀝青混凝土的工作條件復(fù)雜 目前使用壽命普遍難以達(dá) 到設(shè)計(jì)使用年限 本文以嘉興乍王公路焦山門橋?yàn)r青橋面改造項(xiàng)目為研究背景 展開對(duì)鋼橋?yàn)r青橋面鋪裝層的部分研究 在總結(jié)我國(guó)鋼橋面鋪裝的技術(shù)狀況和研究進(jìn)展基礎(chǔ)上 結(jié)合焦山門橋橋面鋪 裝層應(yīng)用實(shí)際情況 擬定該橋鋪裝材料設(shè)計(jì)的控制指標(biāo) 運(yùn)用三維有限元技術(shù)進(jìn) 行鋼橋整橋力學(xué)分析 表明提高鋼橋結(jié)構(gòu)的整體剛度對(duì)改善橋面鋪裝層使用性能 影響很大 對(duì)不同材料和厚度的橋面鋪裝層進(jìn)行研究 分析橋面鋪裝設(shè)計(jì)控制指 標(biāo)變化規(guī)律 得出鋪裝設(shè)計(jì)優(yōu)化厚度范圍 并建議選擇鋪裝材料時(shí)必須綜合考慮 鋪裝材料剛度 對(duì)不同鋪裝材料進(jìn)行室內(nèi)瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)研究 按照粘彈 性材料的時(shí)溫等效原理 以廣義m a x w e l l 模型為分析的本構(gòu)方程 回歸不同 溫度材料模量 時(shí)間的變化規(guī)律 研究試驗(yàn)材料的高 低溫粘彈性力學(xué)響應(yīng) 基 于鋪裝材料變形的標(biāo)準(zhǔn)軸載換算公式 以材料蠕變應(yīng)變最大值為控制應(yīng)變值 得 出不同鋪裝材料設(shè)計(jì)使用壽命 并評(píng)價(jià)瀝青混合料的使用性能 關(guān)鍵詞 鋼橋 瀝青混合料 有限元 粘彈性 時(shí)溫等效原理 n m e c h a n i c a l a n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h o ns t e e lg i r d e rd e c kp a v e m e n t a b s t r a c t t h et r a n s p o r t a t i o nd e v e l o p sr a p i d l yo v e ry e a r si nc h i n a a n dt h et e c h n i q u e so fr o a d a n db r i d g ec o n s t r u c t i o na r ea tt h et o po ft h ew o r l d h o w e v e r i ti sd i f f i c u l tt or e a c hi t s d e s i g n e dl i f ef o rm o s to ft h ea s p h a l tp a v e m e n t so fh i g h w a ya n db r i d g e s e s p e c i a l l y s t e e lb r i d g es u r f a c i n g b e c a u s eo ft h em e c h a n i c so fs t e e ld e c ka r ec o m p l i c a t e d o nt h e b a s i so ft h ea s p h a rc o n c r e t ep a v e m e n t sd i s t r e s so fo n eb r i d g eo fz h a w a n gr o a di n j i a x i n gp i s t r i c t z h e j i a n gp r o v i n c e t h em e c h a n i c so fs t e e ld e c kp a v e m e n ta n d r e s e a r c h e so np a v e m e n tm a t e r i a la n a l y z e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n to fs t e e ld e c ks u r f a c i n ga n dt h e m e a s u r e su s e do nd e c kp a v e m e n ts t u d y b a s e do nt h ed i s t r e s so fj i a os h a hm e n b r i d g e ss t e e lg i r d e rd e c kp a v e m e n t t h ec o n t r o li n d e xo fp a v e m e n td e s i g n i n gh a sb e e n s e l e c t e d w i t ha n g l i c i z i n gw h o l es t r u c t u r eb ya b a q u s i ti sv i t a li ne n h a n c i n gw h o l e s t r u c t u r es t i f f n e s st os o l v et h e p a v e m e n td i s e t r e s s h o w e v e r s e l f c a p a b i l i t y o f p a v e m e n tm a t e r i a li sa n o t h e ri m p o r t a n tf a c t o rt oi m p r o v ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e a n d t h e n b ym o d i f yp a v e m e n ts t i f f n e s s t h ec o n t r o lt a r g e tc h a n g i n gl a wh a sb e e nf o u n d o u t b yt h i sl a w a no p t i m i z e dt h i c k n e s sr a n g eh a sb e e na d v i s e d a n dp a v e m e n t m a t e r i a l ss t i f f n e s sa n df l e x i b l em u s tb o t hb ec o n s i d e r e d t h u s b yl a b o r a t o r yt e s tw o r k s e v e r a lp a v e m e n tm a t e r i a l sh a v eb e e nd e s i g n e d t h e p a r a m e t e r so fv i s c o e l a s i t cm a t e r i a la r eo b t a i n e db ym a t e r i a lc r e e pt e s t i ns u c c e s s i o n b a s e do nt i m e t e m p e r a t u r e c o r r e s p o n d e n c ep r i n c i p l ea r eo b t a i n e dt h ep a r a m e t e r so f m a x w e l lc o n s t i t u t i v em o d e lo fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e l a s t l y v i s c o s i t ya n de l a s t i c m o d e lw e r eo p e r a t e db yf e at oa n a l y z ed i s t o r t i o na n dt h ec o n t r o li n d e xu n d e rs t a t i c l o a d sl a s t i n g6 0 0 s e e b a s e do ns t r a i na n ds t a n d a r dd e s i g n i n gl o a dt r a n s f o r m a t i o n m o d e l t h em a x i m a lc r e e ps t r a i nc a l c u l a t e db ya b a q u sw a st r a n s f o r m e dt ot h el o a d a c t i n gt i m e s s ot h ed i f f e r e n tp a v e m e n tw o r kp e r f o r m a n c ec a nb ee v a l u a t e d k e y w o r d s s t e e lg i r d e r a s p h a i rc o n c r e t e f e a v i s c o s i t ya n de l a s t 斷 t i m e t e m p e r a t u r e c o r r e s p o n d e n c e p r i n e c p l e l l i 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他人 已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得逝婆盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué) 位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論 文中作了明確的說明并表示謝意 學(xué)位做作者虢彳亥證簽字日期 枷年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解逝婆盤堂有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 有 權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)逝姿盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書 學(xué)位論文作者簽名 乎弛 簽字日期 硼年 月 日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 導(dǎo)師簽耋數(shù) 簽字日期 解 月 日 電話 致謝 論文終于如期完成 欣喜之余卻又多了幾分傷感 時(shí)間如白駒過隙 兩年的 光陰匆匆流逝 但卻成為我生命中寶貴的一章 有幸?guī)煆狞S志義教授 兩年多來 導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度 誨人不倦的教 導(dǎo)方式 讓我深感導(dǎo)師為人的質(zhì)樸 品格的高尚 而這兩年來 導(dǎo)師對(duì)我的學(xué)業(yè) 和學(xué)位論文傾注了大量的心血 并且在生活上更給予了莫大的關(guān)懷 在此 向我 的導(dǎo)師致以最崇高的敬意 感謝王金昌副教授 在學(xué)業(yè)和論文上 給我的幫助和指導(dǎo) 王老師對(duì)力學(xué)分 析方法的深刻科研洞察力 謙遜幽默的做事風(fēng)格讓我受益匪淺 感謝彭勇副教授 在論文和科研上 給予我的關(guān)心和指導(dǎo) 彭老師在試驗(yàn)技 能上的熟練和研究工作的勤懇 讓我深感佩服 感謝王福建副教授 楊仲軒老師 呂朝峰老師 吳珂博士 梁曉莉老師等對(duì) 我的指導(dǎo)和幫助 感謝項(xiàng)貽強(qiáng)老師 張治成老師和趙陽老師的一直以來的關(guān)心 感謝課題組蘇生師兄 朱興一師姐 粟弼國(guó)同學(xué) 李想同學(xué)以及魏曉冬 葉 冬明 于偉達(dá)的幫助 感謝段園煜 王蕾 羅雪 徐常青 一直以來在生活的關(guān)照與學(xué) j 上的切磋 感謝六年一起走過的朋友們 感謝0 6 碩士混合班的同學(xué)們 能夠與你們相 識(shí)是我莫大的榮幸 在此 深深感謝我的父母 家人以及親友 我能夠順利完成學(xué)業(yè)與你們一直 來對(duì)我經(jīng)濟(jì)和精神上的全力支持是分不開的 感謝即將評(píng)閱 評(píng)議和出席答辯會(huì)的各位專家 老師 感謝在百忙中給予的 指導(dǎo) 謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助過我的人 華愛婭 于求是園土木科技館 二零零八年五月 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 緒論 1 1 概述 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng) 作為基礎(chǔ)工業(yè)之一的交通運(yùn)輸業(yè)也有了較大發(fā) 展 近十幾年來 我國(guó)建設(shè)了許多大跨徑橋梁 其中 鋼橋面板體系由于其輕量 化及經(jīng)濟(jì)性而得到越來越多的應(yīng)用 國(guó)內(nèi)外的研究表明 加勁的鋼箱梁是有效的 主梁結(jié)構(gòu)形式之一 就其強(qiáng)度和重量而言 是一種較為理想的結(jié)構(gòu)體系 鋼箱梁 抗扭剛度大 彎曲應(yīng)力圖合理 剪應(yīng)力小 因而特別適用于大跨徑橋梁 平面彎 橋和窄墩橋 目前國(guó)內(nèi)已建的虎門大橋 海滄大橋 江陰大橋 宜昌長(zhǎng)江大橋 南京長(zhǎng)江二橋 潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋 蘇通大橋 東海大橋 杭州灣大橋等都有采用了 重量較輕 結(jié)構(gòu)形式優(yōu)越的鋼橋形式 其中絕大多數(shù)正交異性鋼橋面板 但是 鋼橋的橋面鋪裝 一直以來都是一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn) 在國(guó)內(nèi)外都沒有很好的解決 正交異性鋼橋面板是指在鋼橋面板內(nèi)側(cè)焊接縱向加勁肋 這些縱向加勁肋余 橫隔板 或橫肋 正交 從而與鋼橋面板一起組成了正交結(jié)構(gòu)異性橋 正交異性 板的使用大大降低了橋梁自身靜載 增大了橋梁跨徑 對(duì)改善橋梁結(jié)構(gòu)受力 節(jié) 約原材料均有很大的作用 正交異性鋼橋面板橋梁還具有構(gòu)件質(zhì)量輕 運(yùn)輸與架 設(shè)方便 施工周期短等特點(diǎn) 因而越來越多地在跨度要求大以及有凈空限制等地 段采用 橋面鋪裝是橋梁行車系的重要組成部分 它的好壞直接影響到行車的安全 性 舒適性 橋梁耐久性以及投資效益和社會(huì)效益 鋼橋面鋪裝直接鋪設(shè)在正交 異性鋼橋面板上 在行車荷載 風(fēng)載 溫度變化及地震等因素影響下 其受力和 變形相對(duì)公路路面和機(jī)場(chǎng)道面復(fù)雜 因而對(duì)其強(qiáng)度 穩(wěn)定度 疲勞耐久性等均有 更高要求 同時(shí) 又由于鋼橋面鋪裝所處的特殊位置 在使用性能上又提出了重 量輕 粘結(jié)性好 不透水等特殊要求 因此 對(duì)鋼橋面鋪裝技術(shù)是橋梁 特別是 鋼橋面 建設(shè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 必須滿足如下基本功能 l 1 在鋪裝層設(shè)計(jì)年限內(nèi) 提供一個(gè)可供車輛安全 舒適行駛的表面 2 提供良好的平整度 保證行駛的舒適性 為鋼橋面板提供防水層和保護(hù)層 3 在較長(zhǎng)的服務(wù)年限內(nèi) 應(yīng)具有抵抗開裂 剝離和推擠的能力 維護(hù)費(fèi)用較低 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 用于修復(fù)而中斷交通的時(shí)間較少 4 良好的鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)能夠有效地減少鋪裝層 鋼板面層 加勁肋和焊縫 等處的疲勞應(yīng)力 而且也能分散車輪集中荷載 減小橋面鋼板中的荷載應(yīng)力水平 并減輕行車荷載對(duì)橋面鋼板的沖擊作用 鋼橋橋面受力體系由正交異性板和瀝青混凝土鋪裝層組成 從力學(xué)強(qiáng)度上來 講 薄型正交異性板對(duì)橋上行車荷載的支撐能力是足夠的 然而從減輕橋梁自重 的角度出發(fā) 大跨徑橋梁面板上一般采用薄層瀝青混凝土鋪裝層 鋪裝層的主要 功能是為行駛車輛提供長(zhǎng)期足夠的平整的行駛路面 這就要求瀝青混凝土鋪裝層 具有較高的強(qiáng)度及耐久性 較好的耐磨性及抗滑性和優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性 低溫抗 裂性以及防水防滲透能力 這些要求比高等級(jí)公路上瀝青混凝土面層更高 同時(shí) 由于鋼橋面正交異性的變形復(fù)雜 局部變形大以及受自然氣候影響大等因素而更 難達(dá)到 也就是說作為橋面瀝青混凝土的 基層 鋼橋面板因其自身特性所具有 的力學(xué)性能比公路路面結(jié)構(gòu)中的基層復(fù)雜得多 隨著大量鋼橋的建設(shè) 鋼橋面鋪裝的研究工作逐步深入 2 鋪裝層作為橋梁 結(jié)構(gòu)的重要組成部分承擔(dān)著防水 緩沖荷載沖擊 覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)物等重要作用 由于采用瀝青混凝土作為鋪裝材料的橋面鋪裝鋪蓋于正交異性鋼橋橋面板上 在 行車荷載下具有特殊的受力狀態(tài) 若設(shè)計(jì)不合理 通車后不久便易產(chǎn)生各種病害 這不但影響到橋面的行車能力 而且由于鋼板喪失了鋪裝的保護(hù) 在雨水的侵蝕 下還會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)的破壞 危及行人和車輛的安全 產(chǎn)生不良的社會(huì)影響 由 此可見 合理的鋪裝設(shè)計(jì)十分重要 橋梁鋪裝層的設(shè)計(jì)通常包括兩個(gè)方面 力學(xué) 方面的設(shè)計(jì)和材料方面的設(shè)計(jì) 兩者相互影響 相輔相成 具有同等重要的地位 力學(xué)的設(shè)計(jì)理論可以揭示鋪裝層的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 考慮各種結(jié)構(gòu)因素對(duì)鋪裝層受 力狀況的影響 針對(duì)特定的橋梁和鋼箱梁可以提出控制性指標(biāo) 在接下來的混合 料設(shè)計(jì)中 根據(jù)這些控制指標(biāo)對(duì)鋪裝層在材料方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 通過這兩個(gè)步 驟的設(shè)計(jì)計(jì)算 才能使鋪裝層滿足力學(xué)和材料兩方面的要求 達(dá)到鋼橋面鋪裝結(jié) 構(gòu)的最佳設(shè)計(jì) 鋼橋面鋪裝受力及鋪裝技術(shù)的復(fù)雜 從而我國(guó)部分已建成的 大跨徑 橋梁 鋼橋面鋪裝出現(xiàn)了不同程度的病害問題 3 如虎門大橋 江陰大橋 廈門海滄大 橋 宜昌長(zhǎng)江公路大橋等 從這些已建成的大跨徑鋼橋來看 鋼橋面鋪裝層的主 要破壞類型有渠化交通下的車轍變形 縱向裂縫 以及局部擁包 龜裂以及層間 2 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 推移等 目前已建成的 大跨徑 鋼橋的橋面鋪裝在服務(wù)期限內(nèi)都或多或少的出 現(xiàn)上述的一種或多種破壞 完全成功的鋪裝基本沒有 因而鋼橋面鋪裝仍是世界 尚需解決的一個(gè)技術(shù)難題 因此 在我國(guó)當(dāng)前大跨徑橋梁建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展下 研究和分析橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的工作性能和應(yīng)力變形特性 具有重要的價(jià)值 1 2 鋼橋面結(jié)構(gòu)形式 隨著橋梁建設(shè)不斷的突破 鋼梁應(yīng)用越來越多 鋼橋面鋪裝也主要隨著大跨 徑橋梁建設(shè)研究工作得到不斷深入 因而其發(fā)展的歷史即為大跨徑鋼橋建發(fā)展的 歷史 大跨徑鋼梁懸索橋 斜拉橋的設(shè)計(jì)在國(guó)外已有較長(zhǎng)的歷史 早期橋梁結(jié)構(gòu)絕 大部分采用桁架式加勁梁和鋼筋混凝土橋面結(jié)構(gòu) 如美國(guó)的維拉扎諾橋 1 9 6 4 金門大橋 1 9 3 7 1 9 6 6 年英國(guó)在布里斯托爾建造主跨9 8 8 m 的塞文橋時(shí) 首次 突破了傳統(tǒng)技術(shù) 采用了扁平流線型鋼箱梁 以代替高大的桁架式加勁梁 同時(shí) 利用鋼箱梁的頂面板通過縱肋加勁 直接作為橋面 上鋪瀝青混合料橋面鋪裝 丹麥的小貝爾特橋 1 9 3 9 土耳其的博斯普魯斯一橋 1 9 7 3 英國(guó)的漢博爾橋 1 9 8 1 土耳其的博斯普魯斯二橋 1 9 8 8 等均采用了這種扁平流線型鋼箱梁 并由箱梁頂板形成的橋面系統(tǒng)和瀝青混合料薄層鋪裝 日本發(fā)展大跨徑鋼橋始于 2 0 世紀(jì)7 0 年代末 主要引進(jìn)美國(guó)的建橋經(jīng)驗(yàn) 多數(shù)橋梁采用桁架式加勁梁 但 橋面系統(tǒng)則采用由主梁 橫梁 加勁肋與鋼板等組成的正交異性板體系 圖1 1 為正交異性鋼橋面板的結(jié)構(gòu)示意圖 我國(guó)大跨徑橋梁修建起步較晚 但發(fā)展迅速 表1 1 列舉了部分國(guó)內(nèi)外著名 橋梁的主梁結(jié)構(gòu)與鋪裝形式 橋面鋪裝 圖1 1 正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)示意圖 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 表1 1國(guó)內(nèi)外著名橋梁的主梁結(jié)構(gòu)與鋪裝形式一覽表 4 橋梁名稱主跨主梁類型建成年份 鋪裝類型 原始橋面為水泥混凝土鋪裝 金門大橋 美 1 2 8 0 鋼桁架梁 1 9 3 7 1 9 8 6 年環(huán)氧瀝青混合料重新鋪裝 維拉扎諾橋 美 1 2 8 9 鋼桁架梁 1 9 6 4雙層5 0 m m 環(huán)氧瀝青混合料 諾曼底橋 法 8 5 6 鋼箱梁 1 9 9 5雙層瀝青馬蹄脂混合料 大貝爾特橋 丹 1 6 2 4 鋼箱梁 1 9 9 8瀝青馬蹄脂混合料 3 0 m m 澆注式 3 0 m m 改性密級(jí) 多多羅大橋 日 8 9 0 9鋼箱梁1 9 9 9 配瀝青混合料 青馬大橋1 3 7 7鋼箱梁1 9 9 75 0 m m 瀝青馬蹄脂混合料 廣東虎門大橋8 8 8鋼箱梁1 9 9 75 5 6 0 m m 厚雙層改性s m a 瀝青馬蹄脂混合料 0 3 年重鋪為 江陰大橋 1 3 8 5 鋼箱梁 1 9 9 9 5 0 m m 厚的澆注式瀝青混合料 南京長(zhǎng)江二橋 6 2 8 鋼箱梁 2 0 0 0 5 0 m m 厚環(huán)氧瀝青混合料 4 5 r a m 厚s m a l 3 3 5 m m 厚 武漢白沙洲大橋6 1 8鋼箱梁 2 0 0 0 s m a l 0 潤(rùn)揚(yáng)大橋1 4 9 0鋼箱梁2 0 0 55 5 m m 厚環(huán)氧瀝青混合料 鋼 混凝土3 0 m m 厚g a l 0 澆注式瀝青混凝 東海大橋 4 2 02 0 0 5 箱型結(jié)構(gòu)土 5 0 m m 厚s m a l 3 蘇通長(zhǎng)江大橋1 0 8 8鋼箱梁 2 0 0 8 雙層環(huán)氧瀝青路面 3 1 8 南 鋼一混凝土 混凝土橋面采用雙層s m a 杭州灣跨海大橋 2 0 0 8 4 4 8 北 箱型結(jié)構(gòu) 鋼橋面采用e b c l r a 0 5 s m a l 0 正交異性鋼橋面板縱向加勁肋的截面形式一般分為開口截面和閉口截面 這 兩種截面形式又有各自的優(yōu)缺點(diǎn) 見表1 2 表1 2縱肋截面形式比較表 5 縱肋形 式 開口截面縱肋 閉口截面縱肋 a 縱肋和橋面蓋板的焊接工作 a 開口截面縱肋其截面形狀簡(jiǎn)單 工量約為開口截面縱肋的二分 廠制作和工地焊接都比較容易 之一 b 易于按不同的截面內(nèi)力來改變縱 b 由于抗扭剛度大 荷載的橫 優(yōu)點(diǎn)肋截面 因而縱肋截面可得到充分 向分配作用好 所以可加大 利用 橫肋間距 c 縱肋與橫肋交叉處的連接構(gòu)造簡(jiǎn) c 由于具有較高的屈曲強(qiáng)度 單 所以有利于承受較大的軸向 力 a 橋面板每單元面積所用的焊縫數(shù) a 縱肋和橫肋交叉處構(gòu)造復(fù) 缺點(diǎn) 較多 雜 4 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 b 采用開口縱肋時(shí) 橫肋的間距通常 b 采用的閉口縱肋截面 橫肋 在2 米以下的居多 與閉口截面縱間距可增大 但相應(yīng)輪荷載 肋情況相比 橫肋數(shù)量增多 所產(chǎn)生的局部變形也增大 c 開口截面縱肋屈曲強(qiáng)度較低 不利 于承受較大的縱向壓力 通過截面對(duì)比 閉口形式截面能提供較大的抗扭剛度和抗彎剛度 對(duì)大跨徑 橋梁的橋面板受力更有利 因此 目前大多數(shù)的正交異性鋼橋面板均采用閉口加 勁肋的截面形式 但考慮到開口截面施工方便等長(zhǎng)處 在橋面板受力較小的局部 范圍仍然采用開1 3 截面加勁肋 為提高橋梁的整體剛度和荷載橫向分布的需要 垂直于橋軸方向均勻布置的橫向加勁肋稱為橫肋 對(duì)于箱形截面鋼梁 箱內(nèi)的橫 肋往往做成沿箱壁的閉合截面 這種閉合截面的橫肋通常被稱為橫隔板 1 3 鋼橋面鋪裝材料 選擇鋼橋面鋪裝材料時(shí) 根據(jù)鋼橋面鋪裝的特點(diǎn) 除了考慮鋪裝材料要滿足 抗變形和其他路用性能的一般要求外 還必須具有與鋼橋面板良好的黏結(jié)性 對(duì) 鋼橋面板的防水抗腐蝕以及適應(yīng)加勁梁橋面板局部彎曲變形的抗疲勞特性等 具 體要求包括 1 較高的鋪裝層強(qiáng)度 2 優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性 低溫抗裂性 3 較好的耐久行 即較好的抗老化性 水穩(wěn)定性和耐疲勞特性 4 優(yōu)良的適應(yīng)鋼 橋面板復(fù)雜的變形 即優(yōu)良的變形能力 5 良好的防水防滲透性能 6 鋪裝 層必須與鋼板有良好的粘結(jié)性能 4 由于橋梁環(huán)境條件和橋面系受力復(fù)雜性 橋面鋪裝必須具有比一般路面更好 的防水性 柔韌性和耐久性 目前國(guó)內(nèi)各類橋面鋪裝通常采用瀝青混合料作為鋪 裝材料 瀝青混合料的礦料部分應(yīng)具有嚴(yán)格的級(jí)配要求 經(jīng)過壓實(shí)后達(dá)到規(guī)定的 強(qiáng)度和空隙率 而又由于瀝青混合料的膠結(jié)料主要為瀝青 而瀝青是一種對(duì)溫度 十分敏感的材料 這導(dǎo)致瀝青混合料的性質(zhì)受溫度的影響十分突出 其劈裂強(qiáng)度 隨溫度變化可以從幾m p a 變化到零點(diǎn)幾m p a 由于瀝青材料的差異和各類橋面 鋪裝的不同要求 瀝青混合料采用的混合料有所不同 從廣義上可以分為高溫拌 合澆注式瀝青混合料 g u s sa s p h a l t 環(huán)氧瀝青混合料 e p o x ya s p h a l t 改性 瀝青碎石馬蹄脂混合料 s t o n em a t i ea s p h a l t 熱壓式瀝青混合料 h r a 多 空隙瀝青混合料 p a 傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混合料 h m a 以及其他新型瀝青混合 料 浙江火學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 目前鋼橋面鋪裝材料的類型 結(jié)合表1 1 中著名橋梁橋面鋪裝主要使用以下 四種 1 以德國(guó) e l 本為代表的高溫拌合澆注式瀝青混合料 g u s s a p h a l t 方案 2 以英國(guó)為代表的碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土 m a s t i ca s p h a l t 方案 3 德國(guó)和 日本等國(guó)上世紀(jì)9 0 年代后采用的改性瀝青s m a 方案 s t o n em a s t i ca s p h a l t 4 以美國(guó)為代表的環(huán)氧瀝青 e p o x y a s p h a l t 混凝土方案 高溫拌合澆注式瀝青混凝土鋪裝層和碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土鋪裝層的主 要優(yōu)點(diǎn)是 空隙率接近零 具有優(yōu)良的防水 抗老化性能 無需防水層 抗裂性 能強(qiáng) 與鋼板間的粘結(jié)性能優(yōu)于一般瀝青混凝土 其主要缺點(diǎn)是 高溫穩(wěn)定性差 易形成車轍 對(duì)氣候和鋼橋面清潔度要求苛刻 施工期長(zhǎng) 6 1 瀝青馬蹄脂混凝土和澆注式瀝青混凝土都采用了特立尼達(dá)湖瀝青 t r i n i d a d l a k e a s p h a l t 瀝青馬蹄脂中的湖瀝青含量一般為7 0 而澆注式瀝青中的湖瀝 青含量一般為3 0 兩種鋪裝體系相比 碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土鋪裝層的厚 度薄 重量輕 瀝青馬蹄脂不但可以現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn) 而且可以加工固體塊狀以便儲(chǔ)存 和運(yùn)輸 到現(xiàn)場(chǎng)后再加熱使用 7 改性瀝青s m a 混凝土鋪裝層的主要優(yōu)點(diǎn)是 柔韌性 抗松散 抗裂能力強(qiáng) 具有良好的耐久性和防水性能 抗塑流和永久變形的能力強(qiáng) 不易產(chǎn)生車轍 具 有粗糙的表面構(gòu)造 防滑性能好 施工要求低 施工期短 費(fèi)用較低 其主要缺 點(diǎn)是 鋪裝層較厚 大于6 0 m m 保質(zhì)年限短 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝主要優(yōu)點(diǎn)是 強(qiáng)度高 高溫時(shí)抗塑流和永久變形能力很 強(qiáng) 低溫抗裂性能很好 具有極好的抗疲勞性能 具有高度的抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕 的能力 8 包括溶劑 燃料和油 主要缺點(diǎn)是 環(huán)氧瀝青混凝土的配制工藝比 較復(fù)雜 施工期間對(duì)時(shí)間和溫度要求十分嚴(yán)格 施工難度大網(wǎng) 材料費(fèi)用較高 相關(guān)技術(shù)資料在國(guó)外屬于專利產(chǎn)品 1 3 1 澆注式瀝青混凝土 澆注式瀝青混凝土指在高溫狀態(tài)下 約2 4 0 c 2 6 0 c 進(jìn)行拌和及攤鋪的 一種特殊瀝青混合料 該混合料中瀝青 礦粉含量較大 在高溫狀態(tài)下流動(dòng)性很 大 攤鋪時(shí)依靠自身流動(dòng)性而成型 無須碾壓 1 0 成型后混凝土中的空隙率很小 工程實(shí)踐中一般小于1 目前世界范圍內(nèi)鋼橋面鋪裝應(yīng)用澆注式瀝青混凝土的 6 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 工程日本最多 由于澆注式瀝青混凝土中瀝青含量較多而使其高溫穩(wěn)定性差 故在橋面鋪裝 中一般將其用作結(jié)構(gòu)下層 上層則一般采用抗高溫性能更好的改性瀝青密級(jí)配混 凝土 一般采用細(xì)粒式瀝青混合料 有時(shí)也采用粗粒式瀝青混合料 總鋪裝厚度 一般在6 0 8 0 m m 之間 澆注式瀝青混凝土中的結(jié)合料由直餾瀝青 s t a s 和特立尼達(dá)湖瀝青 t l a 摻配而成 粘接層一般采用溶劑型橡膠瀝青乳劑 直餾瀝青的針入度過去采用 4 0 6 0 或6 0 8 0 現(xiàn)在一般采用2 0 4 0 t l a 的摻配含量一般為2 5 一3 0 澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)見圖1 3 澆注式瀝青混凝土集料級(jí)配 范圍見表1 3 結(jié)合料的含量通過流動(dòng)性試驗(yàn) 貫入度試驗(yàn) 車轍試驗(yàn)和低溫彎 曲試驗(yàn)來確定性能指標(biāo)見表1 4 改性瀝青密級(jí)配瀝青混凝土 預(yù)拌瀝青碎石 1 注武瀝青混凝土 橡膠瀝青粘結(jié)層 防銹層 鋼板 一 4 4 一 t 一 4 i j 1 j j 二 j 二 圖1 2 澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu) 表1 3澆注式瀝青混凝土集料級(jí)配范圍 篩孔尺寸 m m通過質(zhì)量百分率 1 91 0 0 1 3 29 5 t o o 4 7 56 5 8 5 2 3 64 5 6 2 o 63 5 5 0 0 32 8 4 2 0 1 52 5 3 4 0 0 7 52 0 2 7 7 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 表1 4 澆注式瀝青混合料性能指標(biāo) 8 1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值 流動(dòng)性試驗(yàn) 劉埃爾流動(dòng)性 2 4 0 c s 3 0 0 0 彎曲試驗(yàn) 破壞應(yīng)變 i o c 5 0 m m m i n 0 0 0 8 其配合比設(shè)計(jì)按如下程序進(jìn)行 即制備不同瀝青用量的試件 瀝青用量在7 一1 0 問變化 分別進(jìn)行表1 4 中的各項(xiàng)試驗(yàn) 畫出瀝青用量與各項(xiàng)標(biāo)值之 間的曲線圖 找出滿足各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍 取其中值士0 5 為設(shè)計(jì)瀝 青用量 在下層澆注式瀝青混凝土之上經(jīng)常散布一層預(yù)拌瀝青的碎石 一般采用5 號(hào) 碎石 粒經(jīng)1 3 2 0 m m 采用澆注式瀝青混凝土作為橋面鋪裝時(shí) 由于這種混合料的防水性能好 橋 面上殘留的水分和油分高溫時(shí)氣化并被封閉在橋面鋼板和粘接層或鋪裝下層之 間 會(huì)使鋪裝層表面產(chǎn)生氣泡 1 3 2 碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土 碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土是高溫狀態(tài)下 約2 0 0 c 一2 4 0 c 進(jìn)行拌和及攤鋪 的一種特殊瀝青混合料 與澆注式瀝青混凝土不同的是采用該材料進(jìn)行橋面鋪裝 時(shí) 一般不設(shè)上下層 而是直接一次性全厚攤鋪 并在表面撒上預(yù)拌瀝青碎石 碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土橋面鋪裝的厚度較薄 一般在3 0 m m 一5 0 m m 之間 這種材料在歐洲橋面鋪裝中使用較廣 使用效果較好 但由于歐洲國(guó)家的環(huán)境條 件并不惡劣 其鋪裝材料更注重的是防水和磨耗性能 而其高溫穩(wěn)定性主要由高 比例的特立尼達(dá)湖瀝青 占結(jié)合料總重的6 0 7 0 來保證 對(duì)于環(huán)境氣溫 高的熱帶和亞熱帶地區(qū) 這種鋪裝類型的高溫穩(wěn)定性問題將顯得十分突出 碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)見圖1 3 8 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 預(yù)拌瀝青碎石 3 0 r a m 4 0 m m 瀝青馬蹄脂混凝土 橡膠瀝青底層 粘結(jié)層 防銹層 鋼板 i 7 一 圖1 3 碾壓式瀝青馬蹄脂混凝土鋪裝典型結(jié)構(gòu) 瀝青馬蹄脂由基質(zhì)瀝青 特立尼達(dá)湖瀝青和優(yōu)質(zhì)石灰石細(xì)集料混合而成 它 既可現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn) 也可在工廠預(yù)制 l o l 在攤鋪之前 瀝青馬蹄脂在攪拌機(jī)中的溫度 保持在2 0 0 c 一2 3 0 c 范圍內(nèi) 同時(shí)向攪拌機(jī)中加入占混合料總重4 5 的優(yōu)質(zhì)砂 礫 公稱粒徑為1 0 r a m 砂礫應(yīng)潔凈呈立方體狀 且有6 0 7 0 集料的粒徑 大于6 3 r a m 所得到的瀝青馬蹄脂混合料在2 0 0 c 2 3 0 c 下具有流動(dòng)性 因此 在攤鋪機(jī)將其傾倒在鋼橋面上時(shí) 只需用整平板將混合料到平 而不必用壓路機(jī) 碾壓 橡膠瀝青底層混合物由2 5 一2 9 的純?yōu)r青 7 0 7 4 石灰石礦粉和1 2 的橡膠粉組成 可以在工廠中預(yù)制好后以及塊狀形式運(yùn)抵工地 再重新 熔化后使用 橡膠瀝青底層的鋪設(shè)溫度控制在1 7 0 c 一2 1 0 c 在鋪設(shè)橡膠瀝青 底層之前 還須涂敷一層粘結(jié)底層 一般為可溶性橡膠瀝青 涂敷率為0 2 2 l m 2 為保證行車道面具有足夠的摩擦系數(shù) 必須在整平后的瀝青馬蹄脂混凝土層 上撒布一層預(yù)拌瀝青碎石 在瀝青馬蹄脂混凝土溫度仍然很高時(shí)用壓路機(jī)將其壓 入瀝青馬蹄脂混凝土中 瀝青馬蹄脂混凝土和澆注式瀝青混凝土很多方面相同 因此國(guó)內(nèi)學(xué)者一般統(tǒng) 稱為澆注式混凝土 1 3 3 改性瀝青s m a 混凝土 s m a 是一種間斷級(jí)配 屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料 它的特征是含有 9 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一一章緒論 較多的粗集料 7 0 一8 0 和結(jié)合料 5 5 一7 0 這種混合料中 粗集料 形成緊密嵌擠的骨架結(jié)構(gòu) 而瀝青砂膠充分填于集料骨架的空隙中 瀝青結(jié)合料 質(zhì)量要求比普通瀝青混合料高 必須滿足瀝青馬蹄脂的需要 要有較高的粘度 符合一定的要求 以保證有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性f 改性瀝青s m a 混凝土用作橋面鋪裝主要有兩種情況 一種是同時(shí)用作橋面鋪裝的上面層和下面 層 一種是用作橋面鋪裝的上面層 由于s m a 的抗高溫車轍變形性能 低溫抗 裂性能 抗疲勞性能和表面性能都比普通密級(jí)配瀝青混凝土好得多 空隙率也較 小 將s m a 用作橋面鋪裝的下面層在國(guó)外已有成功的經(jīng)驗(yàn) 如德國(guó)鋼橋面鋪裝 規(guī)范中明確規(guī)定可以采用該方案 日本近年來為改善鋪裝的熱穩(wěn)性 也開始使用 s m a 來代替澆注式瀝青混凝土作為鋪裝下面層 最長(zhǎng)無損使用年限已有七年 1 2 改性瀝青s m a 橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)見圖1 4 我國(guó)近年來采用改性瀝青s m a 混凝土的鋼橋見表1 5 改性瀝青s m a 瓣膠瀝百聒耵 改性瀝青s m a 乳化橡膠瀝青聒磊礦 防銹層 鋼板 圖1 4 改性瀝青s m a 橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu) 表1 5部分采用改性s m a 瀝青混合料鋪裝的鋼橋 橋名年份主梁及橋面板類型 鋪裝厚度 m m 菪石大橋 1 9 9 8鋼箱梁3 0 m m s m a l 0 3 5 m m s 隊(duì)1 3 海滄大橋 1 9 9 9鋼箱梁3 0 m m s m a l 0 3 5 m m s m a l 3 白沙洲大橋 2 0 0 0鋼箱梁3 5 m m s m a l 伊卜3 5 r a m s m a l 3 鵝公巖大橋 2 0 0 0 鋼箱梁 3 0 m m s m a l o 3 5 m m s m a l 3 軍山大橋2 0 0 l鋼箱梁4 0 m m s m a l 0 3 5 m m s m a l 3 產(chǎn)濾大掭 2 0 0 3鋼箱梁7 0 m m s m a l o 1 0 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 3 4 環(huán)氧瀝青混凝土 環(huán)氧瀝青是將環(huán)氧樹脂加入瀝青中 經(jīng)與固化劑發(fā)生固化反應(yīng) 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(zhì) 賦予瀝青全新的優(yōu)良物理 力學(xué)性質(zhì) 用環(huán)氧瀝青拌合的瀝青混合料 其路用性能大大優(yōu)異于普通瀝青混合 料 國(guó)外從2 0 世紀(jì)6 0 年代開始研究環(huán)氧瀝青混合料 日本北海道大學(xué)土木學(xué)科 的間山正一 營(yíng)原照雄在2 0 世紀(jì)7 0 年代就環(huán)氧瀝青混合料的配制 模量 應(yīng)力 松弛性能 破壞性能等進(jìn)行了研究 4 由于環(huán)氧樹脂價(jià)格較高 加之施工技術(shù)要 求也很高 且其產(chǎn)品均為專利產(chǎn)品 因而其沒有在工程上得到大范圍的推廣使用 美國(guó) 澳大利亞等國(guó)家使用環(huán)氧瀝青混合料 主要是利用其優(yōu)秀高溫穩(wěn)定性 以 滿足機(jī)場(chǎng)跑道罩面的要求 1 9 6 7 年 首次用作美國(guó)s a nm a t e o h a y w a r d 大橋正交 異性鋼板橋面的鋪裝層 環(huán)氧瀝青橋面普裝典型結(jié)構(gòu)見圖1 5 表1 6 列出了世 界上部分采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的正交異性鋼橋 環(huán)氧瀝青鋪裝層 環(huán)氧瀝青粘結(jié)層 一環(huán)泵兩青鋪裝屢 一 環(huán)氧瀝青牯結(jié)層 防銹層 鋼板 圖1 5 環(huán)氧瀝青橋面普裝典型結(jié)構(gòu) 橋名年份主梁及橋面板類型橋面鋼板厚度 m m鋪裝厚度 m m 美國(guó)s a nm a t e o h a y w a r d 橋 1 9 6 7 鋼箱梁 正交異性 1 45 0 美國(guó)s a n d i e g o c o r o n a d o 橋 1 9 6 9 鋼箱梁 正交異性 1 04 0 美國(guó)l i o n s g a t e 橋 1 9 7 5 鋼桁架 正交異性 1 23 8 美國(guó)g o l d e n g a t e 橋 1 9 8 6 鋼桁架 正交異性 1 64 0 新西蘭m a r i t i m e o f f r a m p 1 9 9 6 鋼箱梁 正交異性 1 67 6 橋 南京長(zhǎng)江第二大橋 2 0 0 0 鋼箱梁 正交異性 1 45 0 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 桃夭門大橋 2 0 0 3 鋼箱梁 正交異性 1 45 0 潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋 2 0 0 4 鋼箱梁 正交異性 1 45 5 南京長(zhǎng)江第三大橋 2 0 0 5 鋼箱梁 正交異性 1 4 1 65 0 蘇通長(zhǎng)江大橋 2 0 0 8鋼箱梁 正交異性1 45 5 環(huán)氧瀝青混合料雖然在國(guó)外已有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史 但是并沒有形成統(tǒng)一的設(shè) 計(jì)方法 也沒有完整的指標(biāo)要求 東南大學(xué)橋面鋪裝課題組結(jié)合南京長(zhǎng)i x 橋環(huán) 氧瀝青混合料鋪裝研究 對(duì)環(huán)氧瀝青混合料提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法 并積累了潤(rùn) 揚(yáng)大橋橋面鋪裝等工程應(yīng)用環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的經(jīng)驗(yàn) 提出了我國(guó)環(huán)氧瀝青混 合料鋪裝的指標(biāo) 見表1 7 1 4 表1 7環(huán)氧瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)及其技術(shù)要求 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)要求試驗(yàn)方法 表觀密度 g c m 3 2 4 8 0 2 6 2 0j t j 0 5 2 2 0 0 0 空隙率 1 5 4 0j 1 y 0 5 2 2 0 0 0 馬歇爾穩(wěn)定度 固化 k n 4 0j 1 j 0 5 2 2 0 0 0 流值 固化 o 1 m m 2 0 5 0j t j 0 5 2 2 0 0 0 殘留穩(wěn)定度 8 5n 1 0 5 2 2 0 0 0 間接拉伸應(yīng)變 1 0 6 芝8 0 j t j 0 5 2 2 0 0 0 t s r 芝7 0 j t j 0 5 2 2 0 0 0 環(huán)氧瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾試驗(yàn) 得出最佳瀝青用量 同時(shí)綜合 考慮混合料的抗疲勞性能 水穩(wěn)定性 高溫穩(wěn)定性 低溫抗裂性等性能 從而保 證混合料具有良好的性能 1 4 國(guó)內(nèi)外研究概述 鋼橋面鋪裝因自身受力的復(fù)雜性 到目前為止 各國(guó)還沒有形成一套成熟 普遍適用的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方法 1 3 因國(guó)外鋼橋的建設(shè)起步較早 相比之下 對(duì) 橋面鋪裝的研究也開展的較早 最先對(duì)鋼橋面鋪裝體系開展研究的是德國(guó) 其后 美國(guó) 英國(guó) 丹麥 荷蘭 日本以及其他一些國(guó)家和地區(qū)也先后進(jìn)行了研究 1 4 1 總的來說國(guó)外的研究還是以鋪裝材料的改性和經(jīng)驗(yàn)分析為主 并輔以試驗(yàn)加以論 證 但就理論研究而言 國(guó)外學(xué)者也取得了一定的成果 積累了部分適合各國(guó)自 身國(guó)情的經(jīng)驗(yàn) 1 2 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 e u r o c o d e 3 1 5 d e s i g n o f s t e e ls t r u c t u r e s 1 9 9 7 中 了防止鋪裝層的破壞 做了 以下規(guī)定 1 應(yīng)限制縱向加勁肋的剛度 并給出了縱向加勁肋慣性矩 與橫隔板間距 a 的關(guān)系曲線 2 對(duì)橋面板的厚度做了規(guī)定 f m i 1 2 m m 瀝青鋪裝層厚度 7 0 m m t m 之1 4 m m 4 0 m m 瀝青鋪裝層厚度 7 0 m m 3 橋面板縱肋腹板間距e 6 m m 開口加勁肋的最小板厚t 1 0 m m a a s h t o t l 6 中規(guī)定為防止鋪裝層的破壞 車輪荷載在計(jì)入3 0 的沖擊影響 后所引起的撓度要小于縱肋間距的1 3 0 0 且在計(jì)算撓度時(shí) 鋪裝的剛度不應(yīng)計(jì) 入 日本 道路橋示方書 同解說 17 1 中同樣對(duì)橋面板的最小曲率半徑為2 0 m 最大的肋間相對(duì)彎沉量為0 4 m m 日本本州四國(guó)連絡(luò)橋公團(tuán)的 鋼床版設(shè)計(jì)要 領(lǐng) 同解說 f 1 8 中做了如下規(guī)定 1 給出了鋪裝的勁度模量與鋼橋面板應(yīng)力的關(guān)系曲線 2 u 形縱肋的尺寸 i n l n 開口寬2 8 0 3 4 0 底板寬b a 2 h h 為肋高 肋厚6 8 3 u 形腹板間距盡量保持一致 且縱梁腹板與最近u 肋腹板間距1 5 0 m m 一 2 0 0 m m 4 給出了幾種結(jié)構(gòu)形式和荷載位置下 鋪裝彈性模量與鋼橋面板最小曲率 半徑的關(guān)系曲線 為了防止鋼橋面鋪裝層病害 歐洲 美國(guó) 日本等國(guó)都在相應(yīng)的指導(dǎo)或規(guī)范 中對(duì)鋼橋面板的構(gòu)造 鋪裝的厚度或是鋼橋面板的變形等做了一定的限制規(guī)定 但各國(guó)的交通情況 氣候環(huán)境以及所用材料的特性等都有所不同 而且 從這些 國(guó)家鋼橋面鋪裝的使用情況來看 鋪裝病害仍然存在 對(duì)橋面鋪裝的研究仍是一 大熱點(diǎn) 鋼橋面鋪裝研究 大致可從三個(gè)方面分類 1 橋面鋪裝計(jì)算分析和構(gòu)造的研 究 2 鋪裝材料性能研究 3 其他外在因素對(duì)鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)特性影響研究 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 1 4 1 鋼橋面鋪裝計(jì)算分析和構(gòu)造的研究 鋼橋面鋪裝直接鋪設(shè)于橋面板上 鋼橋面板的受力狀態(tài)直接與橋面鋪裝力學(xué) 狀態(tài)有關(guān) 因而對(duì)鋼橋面板力學(xué)特性的研究對(duì)橋面鋪裝至關(guān)重要 鋼橋面板除了有橋面板和橋面系外 亦作為主梁的組成部分參與受力 一般 按三個(gè)基本結(jié)構(gòu)體系對(duì)鋼橋面板加以研究 1 9 1 1 蓋板和縱肋組成的結(jié)構(gòu)系 蓋板看成主梁的一個(gè)組成部分 2 縱肋 橫肋和蓋板組成的結(jié)構(gòu)系 3 把蓋板看成是各向同性的連續(xù)板 這個(gè)板直接承受作用于肋間的輪荷載 同時(shí)把輪荷載傳遞到肋上 一般來說 由于瀝青混凝土鋪裝的剛度遠(yuǎn)小于橋面鋼板的剛度 而其主要承 受局部車輪的作用 因此 對(duì)鋪裝受力的計(jì)算一般忽略第一體系的計(jì)算 在早期 對(duì)鋼橋鋪裝體系的研究中 為了簡(jiǎn)化計(jì)算 大多學(xué)者都只考慮第三結(jié)構(gòu)體系計(jì)算 1 9 5 7 年p e l i k a n 與e s s l i n g e r 2 0 1 共同提出了p e l i k a n e s s l i n g e r 方法 簡(jiǎn)稱p e 法 p e 法是把鋼橋面鋪裝體系分為三個(gè)子系統(tǒng) 通過分部計(jì)算然后將結(jié)果疊加 并修正 得到柔性支撐上正交異性鋼橋面板的靜力解 1 9 6 7 年m e t c a l f l 2 1 基于平 截面假定提出組合梁理論 近似簡(jiǎn)支梁 跨中加集中力p 得到鋼板與瀝青混凝土 鋪裝勁度模量比刀與跨中撓度廠的關(guān)系曲線 以及刀與鋪裝拉應(yīng)變的關(guān)系曲線 k o l s t e i n e 2 2 1 在m e t c a l f 的基礎(chǔ)上 考慮鋼板與鋪裝完全脫離 對(duì)鋪裝內(nèi)的應(yīng)力情況 進(jìn)行計(jì)算分析 s e d l a c e k b i l d l 2 3 同樣采用簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)化模型 研究了粘結(jié)層剛度 與瀝青應(yīng)變的關(guān)系 n a k a n i s h i k e n s e t s u 2 4 1 采用兩跨連續(xù)梁為計(jì)算模型并進(jìn)行試 驗(yàn)研究 用粘結(jié)層系數(shù)t 0 1 來模擬鋪裝和鋼板的連續(xù)狀態(tài) 得到各種狀態(tài)下 的鋪裝表面的應(yīng)變情況 進(jìn)行比較 同時(shí)也對(duì)鋪裝層和鋼板層中剪應(yīng)力的分布情 況作了表述 在上述這些研究中 普遍采用了簡(jiǎn)化計(jì)算 因而得出的撓度值 應(yīng)力和應(yīng)變 值不能真實(shí)全面的反映橋面鋪裝變形和受力情況 與實(shí)際結(jié)果存在一定誤差 隨 著科學(xué)技術(shù)發(fā)展 精確的計(jì)算方法產(chǎn)生和有效技術(shù)手段研發(fā) 越來越多的應(yīng)用于 鋼橋面鋪裝體系受力分析 a h s h e i k h 與m m u k h o p a d h y a y 2 0 采用有限條分法對(duì)加勁梁進(jìn)行幾何非線性 分析 成功地將非線性板理論應(yīng)用于正交異性加勁板中 1 4 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 g h g u n t h e r 和s b i l d l 2 5 1 分析了帶加勁肋的橋面頂板 得出了車輛荷載作用 下橋面鋪裝表面出現(xiàn)橫向最大拉應(yīng)力位置 并且從控制鋪裝層破壞的角度提出了 加勁肋間距 橫梁間距 鋼板厚度參數(shù)的推薦值 并從鋼橋面板厚度 主梁附近 補(bǔ)強(qiáng)加勁肋 瀝青鋪裝層的材料特性及鋪裝層強(qiáng)度等方面探討了影響鋪裝層耐久 性的因素 c h a r l e ss e i m 和t i mi n g h a m l 2 6 1 通過有限元分析正交異性板模型 得出正交異 性板模型上鋪裝層的厚度和模量變化時(shí)鋪裝層和正交異性板在車輛荷載作用下 的力學(xué)特性的變化規(guī)律 國(guó)內(nèi)的學(xué)者通過應(yīng)用有限元軟件得到了一些鋼橋面鋪裝的受力特性的研究 成果 方萍1 2 7 1 等通過有限元計(jì)算 得出瀝青混凝土鋪裝與鋼橋面板的共同作用對(duì) 鋼橋面板受力是有利的 國(guó)內(nèi)部分學(xué)者 2 8 3 1 1 為了研究正交異性鋼橋面鋪裝的層間剪應(yīng)力分布規(guī)律 和水平制動(dòng)力對(duì)鋪裝層的影響 引入了g o o d m a n 模型單元來模擬鋪裝層與鋼 板問的不完全粘結(jié) 何平 成峰等1 3 2 1 3 3 1 人對(duì)鋪裝的彈塑性模型進(jìn)行了初步探討 得出彈塑性模 型對(duì)拉應(yīng)力和拉應(yīng)變的影響較大 且彈性模型的拉應(yīng)力大于彈塑性模型的拉應(yīng) 力 對(duì)于層間剪應(yīng)力 變形和應(yīng)變的影響均較小 此外 沈桂平 曹雪琴等 3 4 1 通過對(duì)我國(guó)早期的鋼橋 廣東北江大橋?qū)崪y(cè)獲 取了橋梁荷載譜資料 并采用模擬橋面應(yīng)力方法進(jìn)行了鋪裝與鋼板結(jié)合件的疲勞 試驗(yàn) 得出鋪裝材料抗疲勞承載能力 而童樂為 沈祖炎等 3 5 對(duì)鋼橋疲勞問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究 對(duì)大型鋼橋 面板模型進(jìn)行了靜力試驗(yàn)和有限元分析 得到鋼橋面板各個(gè)部位的應(yīng)力分布情 況 進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化得出正交異