钢桥面铺装对移动荷载的动态响应研究

通过建立钢桥面铺装体系力学分析模型,对以一定的速度移动的车辆荷载,钢桥面铺装层的受力影响进行数值模拟。分析了铺装体系在不同车速行驶的车辆移动荷载作用下的横向拉应力、纵向拉应力、表面竖向位移、剪应力和相同车速下铺装层剪应力等受力特性。最后得出的结论可以为进一步分析桥面铺装问题提供理论参考。     

闵浦大桥上层钢桥面铺装力学分析与优化设计

以沥青混合料铺装层的最大拉应力、铺装层与钢桥面板间最大剪应力等为控制指标,对闵浦大桥双层桥面的上层钢桥面裸板及铺装层进行了力学响应分析。计算结果表明:轮载作用下正交异性钢桥面板的力学响应具有显著的局部特征,与荷载作用位置密切相关;上层钢桥面上弦杆宽度范围内局部的变形量接近0.8mm,对铺装层的受力不利,应进行加劲处理;上层钢桥面上弦杆靠近轮迹带的支撑点和T型纵向加劲肋与钢表面板的交汇点为钢桥面铺装受力最不利点,应进行优化设计。最后提出:对上弦杆部分的钢桥面板进行局部加劲处理,供载重骑车行驶的外侧两车道的钢桥面板厚度宜采用16mm。     

钢箱梁桥面铺装应变及相关参数分析

针对现有钢箱梁外腹板附近桥面铺装开裂这一主要破坏形式,采用有限元分析的手段对钢桥面铺装层进行力学分析,计算以典型扁平钢箱梁为基础,研究了沥青铺装层在车轮荷载作用下的横向应变分布的变化规律,确定最不利加载位置,并进一步通过对影响桥面板刚度的几个构造参数（顶板厚、U肋高度以及U肋开口宽）的分析,得出最大横向拉应变随各参数的变化规律。     

扁平钢箱梁桥面铺装应变分析

针对现有钢箱粱外腹板附近桥面铺装开裂这一主要破坏形式，采用有限元分析的手段对钢桥面铺装层进行力学分析，计算以典型扁平钢箱梁为基础，研究了沥青铺装层在车轮荷载作用下的横向应变分布的变化规律。确定最不利加载位置。     

浅谈纤维在桥面铺装中的应用

桥面铺装沥青混凝土层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,受力情况复杂,因此对桥面铺装沥青混凝土的性能提出更高的要求。该文通过水稳定性、高温车辙、低温弯曲和单轴静态蠕变试验系统研究了纤维改性沥青混凝土的性能。研究结果表明,掺加纤维后能够有效提高沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比,同时能够改善低温抗拉性能和抗高温变形能力,纤维增强沥青混合料适宜用作桥面铺装层。     

装配式钢箱梁桥面刚柔复合铺装结构力学分析

选择钢箱梁刚柔复合桥面铺装体系为研究对象,建立正交异形板以及铺装层的三维有限元模型,探索车轮荷载作用下刚柔复合铺装层及其与钢桥面板界面上力学响应的分布规律。分析表明,刚柔复合铺装结构整体刚度较好,铺装层受力的局部效应减弱;纵向拉应力为刚柔复合铺装中拉应力的主要控制指标;正交异性板的刚度突变位置易出现最大应力值。研究结果可对钢桥面铺装设计提供理论依据。     

钢桥面铺装灌注式树脂混合料性能研究

通过对大孔隙沥青混合料灌注中高温固化柔性环氧树脂材料模量设计及施工性研究,制备了灌注式树脂混合料,并采用沥青混合料性能评价方法对其进行了性能测试分析,结果表明,该灌注式树脂混合料具有较好的抗水损性及良好的高、低温性能。经铺装组合结构性能测试及钢桥面试验段性能验证,均显示出灌注式树脂混合料作为钢桥面铺装材料不仅具有与钢桥面板良好的粘结性能,同时能加强上下层铺装混合料层间的粘结作用,改善了钢桥面铺装整体受力状况。     

沥青混合料铺装层现场模量探究-以钢桥面铺装为例

沥青混合料铺装层在荷载作用下的力学响应为铺装体系的设计提供必要的指导,在铺装层力学响应的计算中,各层模量是一个重要的输入参数。过往研究中,研究人员主要通过室内试验的方法确定铺装层混合料的模量值,但忽略了混合料的室内试验模量值与其现场模量值可能存在的偏差。针对以上问题,文章以一处钢桥面铺装工程为例,介绍一种确定沥青混合料铺装层现场模量主曲线的方法：基于不同加载工况下铺装层底部的应变实测数据,利用有限元模型对铺装层混合料的现场模量进行反算,拟合得到相应的混合料现场模量主曲线并验证其适用性。此外,将反算得到的混合料现场模量与其室内试验模量进行对比,分析两类模量之间的差异性。研究结果表明,反算得到的铺装层混合料的现场模量在不同加载工况下变化显著,其数值随加载温度的增加而减小,随加载频率的增加而增大,表现出黏弹性的特征;利用不同加载工况下的混合料现场模量值可以较好地拟合得到混合料的现场模量主曲线,且该模量主曲线经过验证后证明有效。对比铺装层混合料的单轴压缩试验模量与现场模量发现：混合料的室内模量值与现场模量值在不同加载工况下并不完全匹配,其现场模量值普遍要小于对应的室内压缩模量值;两类模量对应的模量主曲线之间也有较大偏差,在加载频率较高或较低时,主曲线间的偏差更为显著;可采用幂函数对两类混合料的室内模量进行修正,使修正后的室内模量能够反映铺装层混合料的现场模量特征。     

钢桥面日本TAF环氧沥青混合料铺装施工工艺简介

随着桥梁技术的不断发展,大跨径桥梁的跨径记录也在不断刷新。环氧沥青混合料铺装层以其强度高、刚度大、高温抗塑性和低温抗裂性能好、抗疲劳性能好等优点,已经广泛应用于国内大跨径钢桥面铺装。结合某大桥应用日本TAF环氧沥青混合料进行钢桥面结构层铺装工作实际,简要介绍了钢桥面日本TAF环氧沥青混合料铺装的施工工艺。     

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。     

沥青路面动应变响应及其动荷载作用等效换算

通过现场动态实测试验,获取了在FWD冲击荷载与BZZ-100标准行车荷载作用下沥青面层底部的应变响应特征及其温度敏感性,研究了FWD冲击荷载与标准行车荷载作用间的等效换算关系。研究表明:在动荷载作用下,沥青面层底部主要呈受拉状态,其纵向应变响应大于横向应变;应变响应量随FWD荷载增大而增大,随行车荷载车速增大而减小;面层层底应变响应的温度敏感性主要与路面结构组合有关,受荷载变化的影响较小;面层底应变响应的温度敏感性排序为:倒装式路面S2>组合式路面S3>半刚性路面S1;随着FWD荷载增大,与其等效的行车荷载所对应的车速水平逐渐降低;在相同FWD荷载下,不同类型路面对应的等效行车荷载速度水平为:S1>S3>S2;建立了FWD荷载与标准行车荷载间的等效换算关系,有助于FWD荷载更准确地模拟实际行车荷载。     

Bridging the gap between laboratory and field moduli of asphalt layer for pavement design and assessment: A comprehensive loading frequency-based approach

Asphalt pavement is a key component of highway infrastructures in China and worldwide. In asphalt pavement design and condition assessment, the modulus of the asphalt mixture layer is a crucial parameter. However, this parameter varies between the laboratory and field loading modes (i.e., loading frequency, compressive or tensile loading pattern), due to the viscoelastic property and composite structure of the asphalt mixture. The present study proposes a comprehensive frequency-based approach to correlate the asphalt layer moduli obtained under two field and three laboratory loading modes. The field modes are vehicular and falling weight deflectometer (FWD) loading modes, and the laboratory ones are uniaxial compressive (UC), indirect tensile (IDT), and four-point bending (4PB) loading modes. The loading frequency is used as an intermediary parameter for correlating the asphalt layer moduli under different loading modes. The observations made at two field large-scale experimental pavements facilitate the correlation analysis. It is found that the moduli obtained via laboratory 4PB tests are pretty close to those of vehicular loading schemes, in contrast to those derived in UC, IDT, and FWD modes, which need to be adjusted. The corresponding adjustment factors are experimentally assessed. The applications of those adjustment factors are expected to ensure that the moduli measured under different loading modes are appropriately used in asphalt mixture pavement design and assessment.     

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。     

大跨径斜拉桥钢桥面防水铺装层修复方案分析与设计

针对主跨为618 m的大跨径斜拉桥——武汉白沙洲长江大桥钢箱梁桥面铺装的破坏情况,分析了铺装层发生病害的原因。采用高温稳定性能优异的新型防水粘结层材料和界面进行粗糙化处理技术对铺装层的破坏部位实施了抗滑移修复方案,应用有限元法分析了轮载作用下的正交异性钢桥面板铺装层剪应力的变化规律,同时对防水粘结层材料的粘结强度、抗剪强度和弯曲变形性能进行了室内试验,并且成功实施了白沙洲大桥钢桥面铺装修复工程试验段。     

高温作用后混凝土动态压缩力学性能的试验研究

采用φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置,分别对常温和经历200、400、600、800℃高温作用后的混凝土进行了冲击压缩试验,分析了高温和应变率对混凝土动态压缩力学性能的影响,并对其关系进行了拟合。结果表明:经历不同温度作用后的混凝土动态抗压强度、峰值应变以及比能量吸收都表现出较强的应变率效应。高温对混凝土动态力学性能影响显著,400℃是混凝土各项力学指标发生转折的温度:动态抗压强度、比能量吸收在400℃时回升至与常温接近,在400℃后又迅速下降;峰值应变在400℃以后增加明显,并随着应变率的提高而迅速增加。混凝土经400℃以上高温作用后,虽然强度损失严重,但在冲击荷载作用下,尤其是在较高应变率下,仍表现出良好的抗冲击韧性。     

车辆火灾下大跨径悬索桥抗火性能研究

为了研究不同车辆火灾规模下大跨径双层悬索桥的抗火性能,以主跨2 180 m的特大跨径双层悬索桥为研究对象,首先利用火灾动力学软件FDS建立悬索桥热分析模型,研究不同火源功率、火源位置、环境风向等因素对双层悬索桥的温度分布规律的影响,得到悬索桥关键构件温度-时间关系曲线。然后,利用有限元软件ABAQUS开展双层悬索桥热-力耦合数值仿真分析,选取高温下钢材及高强钢丝热工参数,研究悬索桥吊杆、加劲梁、桥面板的高温力学性能时变特征,对比不同环境风速、桁架高度、火源特性及位置等工况下双层悬索桥结构应力、变形及构件损伤行为,确定特大跨径双层悬索桥抗火关键部位及其耐火需求。最后,基于数值模拟结果,初步提出了双层悬索桥结构防火设计建议。结果表明：受火桥段的应力发展及失效位置与火源位置、功率及环境风向密切相关。当车辆起火位置位于桥梁下层时,由于桥面铺装隔热作用,下层结构受火灾影响较小。而热气流致使上部结构温度明显高于下部,火源附近的上层纵横梁、桥面板和吊杆等构件温度快速上升。由于钢材热膨胀效应,导致构件快速升温膨胀,膨胀时受到周围杆件的限制,导致压应力逐步增加。（1）火源位置：当火源位于横桥向中间车道,高应力区域集中在非机动车道上层纵横梁及桥面板。当火源位于横桥向非机动车道时,火源附近的上层桥面板发生强度破坏。（2）火源功率：随着火源功率增加,火场对桥梁高温影响效应增强,关键构件温度均逐渐增大,高温影响范围变大。火源功率为30 MW,在6 000 s内未发生强度破坏;火源功率为100 MW,其耐火时间为653 s;火源功率为200 MW,其耐火时间为413 s。可以看出,随着火源功率增大,桥梁结构耐火时间显著降低,最大降低可达93.11%。（3）环境风向：当火源位于横桥向应急车道,在外向风作用下,与两侧桁架相连的上层桥面板发生强度破坏;在内向风作用下,非机动车道附近的上层桥面板发生强度破坏。在内向风作用下受火桥段耐火时间为528 s,与外向风工况下相比,其耐火时间增加了3.0%。针对车辆火灾下大跨径双层悬索桥,应根据受火结构危险性进行抗火等级划分,并按等级进行分级抗火防护设计。     

华南地区浇筑式钢桥面铺装MA性能研究

浇筑式桥面铺装方案MA是当前钢桥面铺装应用较为广泛的一种铺装方案,然而该铺装方案在我国华南地区应用状况却不是很好。由于目前仍然没有标准的MA混合料设计规范,而MA由于其较小的孔隙率都具有较好的水稳定性。通过大量调查发现MA混凝土在我国华南地区应用的主要破坏形式是车辙和疲劳开裂。通过硬度值、马歇尔试验和车辙试验研究了MA的高温性能,采用四点弯曲试验研究了MA混合料的疲劳性能,结果表明通过调整MA混合料的级配可以改善MA的高温性能和疲劳性能,最后通过试验路段得到验证。     

Mechanical characterization of a bituminous mix under quasi-static and high-strain rate loading

There are various methods to determine the compressive and tensile strength of asphalt concrete under static loading conditions and most studies on asphalt strength and fracture have been conducted under such loading conditions. However, pavement materials also have to withstand a wide variety of loading and temperature conditions which may vary from quasi-static to high-strain rate impact, and pavement breakdown may occur due to fracture and/or fatigue failure. In the present study, a bituminous mix with 30% RAP has been characterized under quasi-static (10^?3–10^?4 strain/s) and high-strain rate (200–700 strain/s) regimes. The experimental studies have been performed to better understand the compressive, tensile and fracture response of bituminous mixes. Split Hopkinson pressure bar (SHPB) and its modifications were used for high-strain rate characterization of this bituminous mixture. It was observed that the mechanical properties of the hot mix asphalt (HMA) changed significantly under high-strain rate testing. Also, the failure mechanisms observed under the high-strain rate loading were found to be considerably different from those obtained in static testing, where failure of binder was a predominant mechanism. It was observed that high-strain rate loading caused trans-aggregate failures in the specimens; in addition to failure of the binder.