大跨径钢箱梁桥面锌系防腐蚀涂层研究

钢桥面防腐蚀涂层介于钢箱梁桥面板与桥面沥青铺装层2种完全不同的材料之间,既是钢桥面的防腐蚀涂层、防水涂层,又是二者的连接层.因此,对该防腐蚀涂层的腐蚀失效问题及其对钢桥面沥青混凝土铺装层弱化的影响规律进行研究具有实际意义.通过电化学腐蚀试验、涂层结合力试验、XRD分析等方法,研究了在环氧沥青和改性沥青混凝土2种钢桥面铺装层下的无机富锌、环氧富锌和电弧喷锌涂层的腐蚀性能以及涂层与钢桥面板间结合性能,考察了涂层腐蚀对桥面铺装层抗剪切性能的影响.结果表明:喷锌防腐蚀涂层与桥面板之间的结合力受制于钢板除锈预处理方式,喷砂处理的涂层结合力优于抛丸处理;铺装层的抗剪切能力受防腐蚀涂层腐蚀产物影响,锌系涂层的可溶性腐蚀产物破坏了钢桥面铺装体系界面的连续性,锌系涂层腐蚀使铺装层抗剪切强度下降1倍左右,喷锌涂层腐蚀对铺装层结合性能的影响大于富锌涂料涂层.     

斜拉桥钢桥面环氧沥青铺装应力分析

桥面铺装在追随桥面板变形的同时承受荷载的直接冲击作用,为明确桥面铺装材料的性能要求及设计目标,首先要对桥面铺装层结构进行力学分析。汽车荷载通过桥面铺装传递到桥面板上,桥面铺装起着传递和分散汽车荷载的作用,因此必须将桥面铺装与桥面板结合在一起进行分析,确定桥面板与铺装层共同受力状态及相互影响效应。     

复合浇筑式沥青钢桥面铺装层力学计算

钢桥面铺装的病害在大跨径桥梁上仍然很常见,钢桥面铺装已经成为制约大跨径桥梁发展的一个难题。本文采用有限元法对复合浇筑式沥青铺装层进行受力分析,将正交异性钢桥面板、铺装层作为整体,建立有限元模型,研究铺装层在行车荷载作用下的应力、应变规律。     

连续钢箱梁桥面铺装层结构应力分析

正交异性钢桥面的构造复杂,用理论算法对铺装层进行力学计算,较难得到精确的计算结果。本文利用有限元通用软件对曲线钢箱梁桥浇筑式沥青铺装层进行受力分析,将正交异性钢桥面板、铺装层作为整体,建立有限元模型,研究铺装层受力变形特点。根据钢桥面铺装层常出现的病害,并结合超载及刹车产生的水平荷载对铺装层受力的影响,提出相应的桥面铺装层破坏的综合控制指标。     

温度作用对带铺装层钢桥面板疲劳效应的影响研究

以润扬大桥悬索桥为考察对象,基于实测结果研究了铺装层温度变化对钢桥面板两类焊接细节疲劳效应的影响特征。由于润扬大桥悬索桥疲劳分析模型计算单元数多且耗时大,首先利用模型参数敏感度分析方法确定钢桥面板疲劳效应简化分析模型中的敏感参数,然后利用敏感系数矩阵迭代法计算各个敏感参数的最优取值。在此基础上建立了带铺装层钢桥面板的疲劳效应简化分析模型,并考察了不同温度作用下两类典型焊接细节的疲劳效应。分析结果表明:1)两类焊接细节的日等效应力幅与钢桥面板温度存在较强的线性相关性;2)钢桥面板疲劳效应的简化分析模型为顺桥向支承在横隔板上、横桥向支承在顶板纵肋上的局部受力结构体系;3)带铺装层钢桥面板的疲劳分析方法能够准确计算车辆荷载和温度共同作用下焊接细节的疲劳效应。     

循环荷载作用下钢桥面铺装疲劳损伤失效行为研究

针对钢桥面铺装工程中普遍采用的改性沥青(Stone Matrix Asphalt,SMA)、浇筑式沥青(Guss asphalt,GA)、环氧沥青(Epoxy asphalt,EP)混合料双层铺装结构,进行了循环车载作用下钢桥面与沥青混凝土铺装疲劳损伤特性理论分析与试验研究。基于疲劳损伤度,研究了钢桥面铺装疲劳损伤失效行为和疲劳开裂过程中损伤场、应力和应变场动态演变机制,推导出疲劳失效时的损伤场、应力和应变场计算表达式,并给出钢桥面铺装疲劳寿命理论公式。以三座钢箱梁桥桥面铺装(润扬长江大桥2005,南京长江三桥2005,苏通大桥2008)为例,对不同铺装结构组合方案下的复合梁进行疲劳试验分析和使用寿命理论预测。实例研究结果表明,钢桥面铺装疲劳损伤失效行为预估模型合理可行;相较于改性沥青、浇筑式沥青,环氧沥青混合料具有较强高的强度低变形能力,更适合于大跨径钢桥面铺装抗疲劳的设计要求;由环氧沥青混合料组合而成的“双层环氧沥青混凝土”和“浇注式沥青混凝土(下层)+环氧沥青混凝土(上层)”的抗疲劳性能优于其它沥青混合料铺装结构组合方案,同等厚度组合情况下疲劳使用寿命可延长1倍~2倍以上;“双层环氧沥青混凝土”已应用于润扬长江大桥、南京长江三桥和苏通长江大桥钢桥面工程,并已成功运行10年以上,其跟踪观测结果良好。     

钢桥面铺装在行车荷载与环境温度共同作用下疲劳损伤分析

用损伤力学原理及方法,从力学近似法角度分析了环境温度和循环车辆荷载共同作用下钢桥面沥青混合料铺装的疲劳损伤特性,推导出疲劳试验复合梁的损伤场、应力和应变场。以长江一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。实例分析表明,考虑环境温度和车辆荷载共同作用下钢桥面铺装体系的疲劳寿命要小于单一考虑行车荷载的计算结果,二者相差最大可达44%。研究认为温度变化会导致铺装层的劲度不断发生变化,从而直接影响钢桥面沥青混合料铺装的力学行为和疲劳寿命,因此仅考虑交通荷载的作用进行钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳损伤的分析是过于简化的,应予以重视。此外,指出了环氧沥青混凝土铺装具有很好的抗疲劳性能。     

桥面铺装层裂缝的机理原因和预防措施

桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,其变形和应力特征与主梁及桥面板结构型式密切相关,一方面可分散荷载并参与桥面板的受力,另一方面起到联结各主梁共同受力的作用,因此,它既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层,应具有足够的强度和良好的整体性,并要有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。本文分析了桥面铺装层裂缝产生的机理和桥面铺装病害原因,提出桥面铺装层修补及防治的方法,供大家参考。     

桥面铺装病害及结构力学分析

桥面铺装体系可以保护桥面板,扩散汽车荷载,是重要的桥梁使用结构。桥面铺装病害主要有坑槽、车辙、滑移和水损坏其中滑移和水损坏与粘结层有着非常重要的关系,只有优化的结构设计加上优质的材料才能保证桥面铺装的正常使用。本文针对桥面铺装病害及结构力学进行分析。     

正交异性钢桥面疲劳开裂研究

正交异性钢桥面板的钢结构桥梁在车辆荷载作用下易出现疲劳开裂,为了解决这一问题,该文采用在正交异性钢桥面板上设置薄层RPC(Reactive-Powder-Concrete)超高性能混凝土层,将钢桥面转变成组合桥面,从而提高了桥面刚度,能有效改善结构受力状态,且不会增加桥梁上恒载重量。通过对某大桥的计算分析表明:采用组合桥面后,车辆荷载作用下的钢桥面应力大幅度下降。钢桥面疲劳敏感点处的拉应力降幅达到71.32%~72.39%,大幅度的提高了钢桥面的抗疲劳寿命;薄层RPC面板的高强度和高韧性,完全能满足组合桥面的最大拉应力10.08MPa的强度要求,成为钢桥面上的永久结构层,可以大幅度降低钢桥面板的开裂风险。     

钢桥面铺装用环氧沥青相容性研究进展

环氧沥青是一类具有优异高温、低温及耐疲劳性能的正交异性钢桥面铺装材料.由于石油沥青在溶解度参数、介电常数、密度等方面均与环氧树脂有较大差异,因此解决石油沥青与环氧树脂间的相容性问题是实现高性能钢桥面铺装用环氧沥青国产化制备的前提.本文从对沥青进行顺酐化改性、选择与沥青相容性好的固化剂以及添加增容剂三个方面综述了近年来环氧沥青相容性的研究现状,最后指出了环氧沥青钢桥面铺装中存在的问题并进一步明确了下一阶段应在耐疲劳性、耐候性以及施工便易性等方面提升环氧沥青的综合性能.     

钢桥面铺装用环氧沥青相容性研究进展

环氧沥青是一类具有优异高温、低温及耐疲劳性能的正交异性钢桥面铺装材料。由于石油沥青在溶解度参数、介电常数、密度等方面均与环氧树脂有较大差异,因此解决石油沥青与环氧树脂间的相容性问题是实现高性能钢桥面铺装用环氧沥青国产化制备的前提。本文从对沥青进行顺酐化改性、选择与沥青相容性好的固化剂以及添加增容剂三个方面综述了近年来环氧沥青相容性的研究现状,最后指出了环氧沥青钢桥面铺装中存在的问题并进一步明确了下一阶段应在耐疲劳性、耐候性以及施工便易性等方面提升环氧沥青的综合性能。     

环氧沥青铺装对钢桥面板受力影响试验研究

某悬索桥钢箱梁采用正交异性钢桥面板,运行数年后钢桥面板构件连接部位出现了4种疲劳裂纹,为考察新换环氧沥青混凝土铺装对疲劳敏感部位受力影响,建立了有限元模型,开展了长达6年的现场试验,试验涵盖原铺装、铺装铲除、新铺装三种状态,测试了疲劳敏感部位的受力及构件变形规律,开展了考虑温度影响的疲劳寿命改善效果分析研究。结果表明:6年试验期内环氧沥青混凝土铺装与钢桥面板组合受力处于稳定状态,在低温环境下,疲劳敏感部位1～4应力改善效果分别为80%、14%、32%、46%;4个疲劳敏感部位应力与温度线性关联,线性速率分别为-4.00、0.64、1.89、1.91;将实测应力统一至年均温度后,新铺装对部位1疲劳寿命相对改善较大,约提高了2.95倍,对部位4疲劳寿命改善次之,约提高1.64倍,对于部位2、3疲劳寿命改善效果不明显,高温环境下部位2、3开裂可能性仍较大。     

Effect of pavement design parameters on the behaviour of orthotropic steel bridge deck pavements under traffic loading

This study evaluated the effect of the pavement design parameters on the behaviour of orthotropic steel bridge deck pavements under traffic loading using a three-dimensional finite element model. Four types of paving materials were considered in this analysis: polymer concrete, epoxy asphalt concrete, polymer-modified stone mastic asphalt concrete and mastic asphalt concrete. The maximum transverse tensile strain was developed at the bottom of the pavement under a tyre of dual tyres or on top of the pavement between two tyres. From the sensitivity analysis, better interface bonding between the deck plate and pavement led to a significant enhancement of bottom-up fatigue cracking resistance, especially for 40-mm-thick pavements. As pavement temperature increased from ? 20 to 60°C, critical tensile strain increased significantly, and corresponding locations moved from the bottom to the top of the deck pavement.     

运营状态下悬索桥钢桥面板疲劳效应监测与分析

基于润扬大桥悬索桥7个月的长期疲劳效应监测结果,建立了铺装层-钢桥面板一体化疲劳分析模型,并研究了两类关键焊接细节的疲劳效应与车流量、环境温度间的相关性关系。结果表明,两类焊接细节的应力循环次数与车流量线性相关而与环境温度无关,等效应力幅与环境温度线性相关而与车流量无关。由疲劳设计指南推荐的疲劳效应计算模型得到的应力循环次数较监测结果偏低,顶板-纵肋焊接细节的等效应力幅与监测结果吻合良好而纵肋对接焊接细节的结果较为保守。上述分析结果为疲劳设计指南的进一步改进和完善提供参考和依据。     

铁路正交异性桥面加劲肋-横隔板局部疲劳受力特性研究

正交异性钢桥面因整体性好、承载力强等优势在铁路大跨度桁梁及箱梁斜拉桥、拱桥等桥型中应用越来越广泛,其疲劳特性与公路桥面具有显著的差异。针对铁路正交异性钢桥面加劲肋与横隔板连接处的疲劳敏感区,通过弹性支撑梁理论及闭口薄壁杆件理论分析其局部受力特征,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式中各疲劳影响因素的影响程度及作用机理。基于甬江特大桥——大跨度铁路斜拉桥的钢箱梁正交异性桥面设计了包含2个U肋及2个V肋的正交异性桥面疲劳试验模型,并进行了560万次疲劳加载。研究结果表明:解析公式与有限元分析、试验测试结果相符良好;试验模型测试结果能准确反映疲劳敏感点的应力情况,解析理论则能够反映疲劳敏感点应力的影响因素与规律;在铁路荷载下,加劲肋与横隔板的焊缝长度和加劲肋腹板倾角的增大能够有效降低加劲肋的疲劳应力幅;在铁路正交异性钢桥面板中面积相近、抗弯刚度相等的V肋比U肋具有更好的抗疲劳工作性能。     

正交异性钢桥面板典型细节疲劳强度研究

为合理确定正交异性钢桥面板疲劳强度,该文对国内外疲劳试验成果进行分析,确定有效的钢桥面板疲劳试验数据,结合典型细节疲劳开裂机理,提出适应于中国抗疲劳设计与建造水平的钢桥面板疲劳强度等级(200万次循环对应的疲劳强度)。研究结果表明:顶板与纵肋连接细节疲劳强度受焊缝型式影响较大,采用角焊缝连接时疲劳强度为50级,采用部分熔透焊缝连接时为60级;纵肋与横隔板连接细节横隔板焊趾处疲劳强度为70级,纵肋腹板焊趾处为55级;横隔板挖孔细节疲劳强度为70级;纵肋拼接细节疲劳强度与拼装间隙密切相关,拼装间隙小于3 mm时疲劳强度为40级,拼装间隙4 mm～6 mm时疲劳强度为70级,拼装间隙8 mm～12 mm时疲劳强度为100级。纵肋与横隔板连接细节横隔板焊趾处、横隔板挖孔细节和纵肋拼接细节疲劳强度与现行中国JTG D64规范一致,而顶板与纵肋连接细节、纵肋与横隔板连接细节纵肋腹板焊趾处疲劳强度低于JTG D64中的疲劳强度等级。在进行正交异性钢桥面板抗疲劳设计或疲劳评估时,应综合考虑细节构造、制造质量以及实际使用状况等因素,采用合理的疲劳强度等级。     

Fatigue behaviour of asphalt concrete beams reinforced by glass fibre-reinforced plastics

The aim of this study was to evaluate the enhancement effect of asphalt concrete beams reinforced by glass fibre-reinforced plastics (GFRP). First, the Cooper fatigue test machine was used to conduct the four-point bending fatigue tests. The test results showed that the mean fatigue life of hot mixture asphalt (HMA) beams had been extended to more than 8.81 times with 3-mm thick GFRP sheets pasted on the top. Second, the stress and strian behaviour of the four-point bending fatigue test specimen was simulated by the finite element method. The results showed that flexural stiffness of HMA beams had increased significantly with GFRP sheets pasted on the top. Finally, the fatigue failure process of the HMA beam with GFRP sheet pasted on the top was predicted by the theory of damage mechanics. The predicted results matched well with those obtained in the fatigue tests.Therefore, pasting a GFRP sheet of a certain thickness on a steel bridge deck could greatly improve the overall stiffness of the pavement layer and form a kind of durable steel bridge deck surfacing structure. The research results had important theoretical significance and value in engineering applications.