钢桥面铺装材料优化设计与工程应用

为了对钢桥面铺装进行优化设计,首先通过有限元力学分析不同厚度、模量的刚度过渡层受力情况,然后对不同铺装材料的模量尽心分析,同时研究材料模量与荷载因素对应力应变的影响。结果表明,随着刚度过渡层模量和厚度的增加,顶面的拉应变显著降低,而且拉应变沿铺装层厚度方向分布的趋于平缓,突变减小;铺装层底面、铺装层顶面拉应变与刚度过渡层厚度基本成线性关系。环氧沥青混凝土在整体温度区域上弯拉模量显著高于SBS改性沥青SMA,TAF环氧沥青混凝土的弯拉模量显著高于Chem Co环氧沥青混凝土;随温度的升高,各种材料的模量逐渐降低;环氧沥青材料的应力随模量增加而降低;环氧沥青铺装结构的横向拉应变和层间剪应力受超载影响显著。海湾大桥环氧沥青钢桥面铺装得到较好的工程验证。     

简支箱梁桥面沥青混凝土铺装力学特性有限元分析

该文利用有限元数值模拟方法对简支箱梁桥沥青混凝土桥面铺装进行分析,计算不同弹性模量及铺装层厚度时铺装层间应力变化规律,认识沥青混凝土桥面铺装层受力基本特性,得出铺装层厚度的合理范围,指导沥青混凝土桥面铺装层的设计和施工。     

鱼腹式钢箱梁正交异性桥面板复合铺装层有限元分析及试验研究

针对某大宽跨比鱼腹式钢箱梁正交异性桥面复合式铺装层的优化设计,进行多荷载工况作用下的有限元仿真分析,并辅以静载模型试验,分析铺装层各部分的应力分布规律。理论分析及试验结果表明,桥顶板表现出明显的正交异性特征,合理密度的剪力钉增加了桥面铺装各部分间的黏结能力及整体受力性能。两组试件疲劳试验结果表明,增设剪力钉辅以钢纤维混凝土过渡层的复合桥面铺装结构,经830万次疲劳加载试验没有出现疲劳破坏迹象,抗疲劳性能明显优于沥青混凝土直接摊铺于钢箱梁顶板表面的桥面铺装,钢纤维混凝土层能延长桥面铺装的使用寿命。     

纤维增强沥青混凝土在寒区桥面铺装中的应用

对应用于教来河大桥桥面铺装层的聚酯纤维增强Superpave沥青混凝土进行了大量的试验,阐述了纤维增强混凝土高、低温性能与施工工艺控制要点,并与不掺纤维的改性沥青混合料桥面铺装性能进行了对比分析。结果表明纤维沥青混合料用于寒区桥面铺装能显著提高其疲劳寿命与抗早期病害能力。     

桥面沥青铺装设计新方法

提出一种不同于传统经验设计法的桥面沥青铺装理论设计方法。利用有限元方法计算分析桥面沥青铺装受力特性,发现“肋间距”与桥面板厚度是影响沥青铺装受力的关键因素,基于此结论,新设计方法采用两跨连续叠层梁作为铺装受力计算的基本模型。基于桥面沥青铺装疲劳开裂以纵桥向裂缝为主的工程实际,以及桥面沥青铺装的有限元计算结果,确定铺装顶面最大横向弯拉应变为控制指标,分别以铺装表面弯拉应变相等以及铺装底面弯拉应变相等的条件,利用弹性层状体系计算程序“BISAR”,计算得到铺装结构的“当量土基模量”,从而将桥面沥青铺装设计与一般沥青路面设计相联系,形成较为系统的桥面沥青铺装力学设计系统。采用桥面沥青铺装力学设计方法的算例表明,钢桥面的“当量土基模量”较大,计算精度较高,水泥混凝土桥面的“当量土基模量”非常小,对计算过程的数据精度有更高的要求。     

桥面沥青铺装层间应力分析简化模型

在分析总结桥面铺装结构承载特性的基础上,提出采用叠层梁作为桥面沥青铺装层间应力计算的简化模型。为避免梁端部层间应力的奇异性,假设钢板和沥青铺装层均满足平衡与变形协调条件,梁端部剪应力分布与梁中部一致,在此基础上推导简支叠层梁层间应力计算公式,最终得到桥面沥青铺装层间应力计算的实用公式,并根据圣维南原理说明了假设边界条件的合理性。利用所得实用公式分别计算分析钢桥面沥青铺装与混凝土桥面沥青铺装的层间应力,分析确定公式使用时的条件与参数取值。通过将公式计算结果与有限元计算结果相对比,验证公式的可用性与参数取值的合理性。通过对比钢桥面沥青铺装与混凝土桥面沥青铺装层间应力计算结果,得到钢桥面沥青铺装对防水黏结层材料具有更高的要求。     

高黏高弹改性沥青在超高韧性混凝土钢桥面中的应用

针对传统的浇筑式沥青铺装或环氧沥青铺装均存在钢桥面板疲劳开裂和铺装层破损的问题,云龙湾大桥设计阶段通过全面系统的调研,最终采用超高韧性混凝土(STC)钢桥面铺装结构体系。整个体系由STC层+高黏高弹改性沥青防水应力吸收层+高黏高弹改性沥青混合料SMA-13面层组成。通过实验配比、现场撒布试验等大量应用研究,高黏高弹改性沥青在云龙湾大桥上得以成功应用,基本解决了自锚式悬索桥桥梁结构体系下,钢桥面板桥面沥青铺装层可能出现的推移、开裂、脱落、唧浆等病害问题。     

钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性的损伤力学分析

用损伤力学原理及方法,从力学近似法角度分析了单纯的沥青混合料铺装层矩形截面梁疲劳损伤特性,推导出梁的应变场和疲劳寿命预测公式。按抗弯刚度等效简化原则,将疲劳试验复合梁模型中的实际桥面用钢板简化为沥青混合料铺装层叠加到下面的沥青混合料铺装层上,共同组成准单纯的沥青混合料铺装层矩形截面梁,应用该原理及方法推导出梁底缘的应变场,以南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装体系复合梁疲劳试验为例,进一步推导出复合梁的疲劳寿命预测公式。通过实例分析,表明损伤力学原理及方法可用于分析钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳特性,其疲劳寿命预测结果是较为精确的,它的实际应用还需给出相应的修正,此外指出了环氧沥青混凝土铺装具有很好的抗疲劳性能。     

钢箱梁桥面铺装优化设计

本文结合国内外大跨径钢箱梁桥面铺装的常用方案及其使用效果,提出传统铺装方案存在的主要问题。利用三阶段力学分析方法研究活载作用下钢箱梁桥面铺装的应力分布特点,提出钢箱梁桥面铺装的控制应力,分析控制应力随钢桥面板厚度、铺装层厚度等因素的变化规律。结合工程实例武汉市黄浦大街—金桥大道快速通道工程L32联大跨连续钢箱梁,提出了新型的钢箱梁桥面铺装方案:采用轻质高韧混凝土作为刚性下面层的铺装方案。该方案主要特点有:以轻质高韧混凝土代替沥青混凝土为铺装层下面层,在钢桥面板焊接剪力件,设置集防水、粘结、应力吸收功能于一体的高粘高弹改性沥青功能过渡层。利用局部模型对该方案进行受力性能分析,结合室内试验结果,表明本方案理论上可行。     

钢-STC组合桥面施工工艺研究

超高韧性混凝土(STC)是为解决正交异性钢桥面结构疲劳开裂和沥青混凝土铺装层易损这两大世界性难题而针对性开发的。以STC为基体形成的钢-STC轻型组合桥面结构可大大增加钢桥面板的局部刚度,降低钢桥面板各构造细节处的活载应力,大幅度提高钢桥面板的抗疲劳寿命,同时改善了沥青面层的工作条件,大大降低了铺装层出现病害的风险。在总结大量实桥施工经验的基础上,着重研究了钢-STC组合桥面的施工工艺,如STC的拌和、摊铺、养护等,以为类似工程提供参考与借鉴。     

地毯式沥青混合料结构在小西冲大坡度弯道钢桥的创新研究地毯式沥青混合料结构在小西冲大坡度弯道钢桥的创新研究

可卷曲和延展性沥青混合料结构在安徽小西冲大坡度弯道钢桥的首次应用研究,地毯式沥青混合料创新了钢桥面的铺筑结构类型。混合料具有较高的耐疲劳性、反复弯曲应变性、抗高温变形和抗低温抗裂的复合性能。通过室内混合料的理论行为研究与现场铺筑工艺行为特征的演变过程,对今后特殊钢桥面的设计结构类型奠定了理论与实践基础。     

Performance evaluation of a high durability asphalt binder and a high durability asphalt mixture for bridge deck pavements

This paper describes the results of laboratory and full-scale performance tests for a high durability asphalt binder (HDAB) and high durability asphalt mixture (HDAM) applicable to the wearing course in a bridge deck system. The HDAB was developed using a styrene–butadiene–styrene (SBS) modifier and hydrocarbon for improving construction workability and resistance to fatigue cracking. Various binder tests were conducted on the HDAB, and test results showed that the resistance to fatigue and low temperature cracking of the HDAB increased significantly compared to that of the PG 64-22 and PG 76-22 binders. For the mixtures, the fatigue test results showed that the HDAM has a three times longer fatigue life than the SBS-modified asphalt mixture. It was also found that the HDAM has a higher resistance against moisture-induced damage. Results from full-scale accelerated testing on the bridge deck pavement system proved that the HDAM can significantly improve pavement performance.     

土工格栅加筋对沥青路面影响的数值分析

应用复合材料力学原理和层状弹性体系理论对土工格栅沥青路面进行了力学分析。通过对计算结果中的应力、应变和位移分析,揭示了土工格栅的增强机理和防裂作用,同时还计算出加筋可以减薄路面厚度,而且 C-AC 层模量越大对加筋效果的影响越明显,但是同时也增大了基层底部的弯拉应力,可为路面设计提供参考。     

具有碎石基层的半刚性沥青路面合理结构研究

本文在充分考虑碎石基层非线性特性的基础上，采用弹性多层体系迭代方法全面分析了具有碎石上基层的半刚性沥青路面路表弯沉、面层底面及半刚性基层底面弯拉应力，建立了路面结构层厚度与路面抗疲劳寿命的关系，并在此基础上提出了适应于重交通道路的碎石基层半刚性沥青路面合理结构。     

Performance evaluation of a lightweight epoxy asphalt mixture for bascule bridge pavements

This paper proposes a lightweight epoxy asphalt mixture (LEAM) for pavement on bascule bridges. The material properties of LEAM are evaluated with the Marshall test, indirect tensile test, wheel tracking test, and bending beam test. Moreover, the structural performance of LEAM is evaluated by a finite element numerical analysis for a bascule bridge with LEAM pavement. Test results show that the LEAM has a good resistance to moisture damage, permanent deformation, and low-temperature cracking. The LEAM with a 70% lightweight aggregate replacement percentage has been found to have the best effect on deadweight reduction as well as the other performance measures. Moreover, the analytical result shows that LEAM can reduce pavement stress significantly when compared to an epoxy asphalt mixture, which indicates that the LEAM has a good structural performance.     

沥青路面低温开裂问题的探讨

沥青路面完全暴露于自然环境中,长期承受着车辆载荷的作用和外界自然环境的直接影响,导致沥青路面路用性能的下降。在我国北方地区,低温开裂是沥青路面常见的一种病害,因此,有必要对沥青路面的低温开裂性能进行深入研究。该文分析了我国东北地区沥青路面低温开裂产生的机理和原因以及半刚性基层的服役特点,提出了减少温缩裂缝的措施。     

复合式基层沥青路面的寿命预估方法

用Shell法、规范法、AASHTO法对设置ATB沥青碎石基层的复合式沥青路面进行了寿命预估,并进行了总结分析,结果表明：应用三种方法预估的复合式基层沥青路面的寿命差别很大,大小排序为Shell法〉规范法〉AASHTO法,推荐采用弯沉、拉应变控制沥青层疲劳开裂、拉应力控制无机结合料的疲劳开裂三种方式预估复合式基层沥青路面的寿命。     

半刚性基层沥青路面耐久性对设计影响分析

利用JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》中路面各结构层层底拉应力验算公式和BISAR3.0设计分析软件,对半刚性基层沥青路面疲劳寿命及影响因素进行了分析。分析结果表明,延长路面使用寿命的关键是增加半刚性基层和底基层的疲劳寿命,减小在行车荷载作用下的半刚性基层和底基层层底的拉应力。这可通过增加路面各结构层厚度和土基模量等措施获得,而其中增加底基层厚度和土基模量是既经济又有效的措施。     

活性矿粉在公路表面层中的应用研究

为提高沥青路面抗高温性能、耐疲劳性能和抗水损害性能,以工业副产品为主要原料,采用活化改性技术制备的活性矿粉,应用于锡林郭勒盟高寒地区公路表面层,采用四点弯曲疲劳试验和多循环浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及浸水车辙试验,分别检验活性矿粉与普通矿粉对沥青混合料性能的影响效果,试验结果表明,活性矿粉可有效改善混合料的抗高温性能、耐疲劳性能和抗水损害性能。