水泥-乳化沥青混凝土在桥面铺装结构中的力学行为

为了减少桥面铺装在运营中的各类病害,将水泥-乳化沥青混凝土应用于桥面铺装的下层,并取代防水粘结层,对其适用性进行了研究.采用有限元力学分析方法,通过变换结构层的厚度来模拟该桥面结构层的力学行为.结果表明:当增大水泥-乳化沥青结构层的厚度时,各层之间的剪应力均减小,与桥面板之间的剪应力减小幅度较为明显,该层本身所承受的压应力也随之减小,当该层的厚度增加到3 cm以上时,上下层之间的剪应力下降幅度开始减缓.通过对新型桥面铺装结构力学行为特点进行研究,表明该材料适用于中、小型混凝土桥.     

环氧树脂在桥面铺装防水层中的应用研究

为了使水泥混凝土桥面水泥基防水黏结层兼具优异的防水性能和黏结性能,开发了一种新型水泥基防水黏结层材料,选用3种传统沥青基材料（SBS改性沥青、橡胶沥青、水性环氧树脂改性乳化沥青）与其进行性能对比.通过剪切试验确定了水泥混凝土桥面板的最佳处理方式以及水泥基防水黏结层材料的最佳凝结时间.利用斜剪和拉拔试验分别评价了不同温度、浸水和冻融循环等因素对水泥基和沥青基防水黏结层材料强度的影响规律.试验结果表明：水泥混凝土桥面板宜采用拉毛处理,水泥基防水黏结层材料的最佳凝结时间为0.5 h;随着温度的升高,水泥基和沥青基防水黏结层材料的剪切和拉拔强度均呈线性下降,但水泥基防水黏结层材料的剪切和拉拔强度下降幅度明显低于3种沥青基材料,在70℃高温条件下,3种沥青基材料的剪切和拉拔强度接近0 MPa,而水泥基材料的剪切和拉拔强度仍能分别达1.37、0.36 MPa,说明水泥基防水黏结层材料的耐高温性能优异;浸水和冻融循环对水泥基防水黏结层材料的剪切和拉拔强度的影响远小于其对沥青基材料的影响,这主要得益于水泥基防水黏结材料在有水条件下持续的水化反应.

     

桥面铺面防水粘结层胶结材料洒布量的确定方法

为确定桥面铺面防水粘结层胶结材料洒布量,采用橡胶沥青和两种典型的沥青混合料,通过设计直向剪切试验和斜向剪切试验研究桥面防水粘结层的力学性能,分析不同因素对于防水粘结层剪切性能的影响．试验结果表明,加载速率的提高,粘结层最大剪切应力有呈线性增大的趋势;采用不同温度的对比试验,同样发现随温度的升高,其抗剪切能力显著衰减．可以通过剪切试验的剪应力和变形能两个指标评价其剪切性能．     

Fatigue performance of bridge deck pavement materials

Three beam samples of bridge deck pavement were prepared, with gradation types of AC-13, and AC-16 and combined AC-13+AC-16. Four-point bending test was adopted to investigate the fatigue performance of these beam samples. The experimental results indicate that the initial bending stiffness is related to the type of beam sample and testing temperature. Fatigue life of these samples decreases as the increase of the controlled strain level. The AC-13 beam sample exhibits better fatigue resistance and bigger limiting bending strain at the given strain level and temperature. Compared with single beam sample, the fatigue performance of combining beam sample is relatively poor. Funded by the National Natural Science Foundation of China (No. 50878171)     

新型正交异性钢-混组合桥面板足尺模型疲劳试验

为改善新型正交异性钢混组合钢桥面疲劳性能,采用理论推导、有限元模拟和足尺模型疲劳试验对其纵肋腹板与横隔板焊接细节进行研究.首先将由大尺寸纵肋组成的正交异性组合桥面系简化成铰接的双纵肋计算模型,然后进行足尺模型疲劳试验,分析混凝土层和钢桥面构造受力及开裂情况.结果表明:理论模型能较好反映纵肋实际力学行为;铺设混凝土层后,桥面板焊接构造细节疲劳应力得到很大改善.所提出的新型正交异性钢混组合钢桥面可作为解决正交异性钢桥面疲劳开裂问题的一种新思路.     

带裂缝桥面铺装内部动水行为仿真模拟

为了解带裂缝桥面铺装在内部动水压力作用下的力学响应情况,采用LS-DYNA有限元分析软件,建立沥青铺装层内部饱水裂缝模型,施加车辆正弦动态荷载,对内部动水行为进行流固耦合仿真模拟分析.结果表明:车辆动载作用下,饱水微裂缝所受最大压、剪应力均位于裂缝尖端,而最大拉应力则位于裂缝周围;饱水裂缝尖端最大压、剪应力与车速和荷载水平都有很好的线性相关性,在120 km/h速度、1.5 MPa荷载水平下,X、Y向最大压应力和最大剪应力分别达到0.472、1.101、0.361 MPa,在如此大应力反复作用下微裂缝将迅速扩展,加速铺装结构破坏.导致沥青铺装层内饱水微裂缝扩展、恶化的最主要因素是车辆的超载,交通管理部门应严格限制超载超限车辆的上路.     

水泥混凝土桥面铺装力学行为数值分析

为了分析桥面铺装层的力学特性及其影响因素,结合桥面铺装的结构形式建立了有限元模型,分析了不同水平制动力系数、铺装上下面层材料模量组合及铺装层厚度变化对铺装层内力学状态的影响规律．结果表明,不同的水平载荷对铺装层内的主应力影响较小,而对铺装层内的剪应力影响较大;随着水平载荷的增加,铺装层及防水粘接层内的最大剪应力呈线性增大的趋势;随着铺装层组合模量的提高,铺装层内的主应力变化较小,而层间剪应力相应减小,但变化的幅度较小;增加铺装层的厚度对主应力的影响很小,随着厚度的增加层间最大剪应力减小．研究结果可为桥面铺装材料的选择和结构设计提供理论参考．     

沥青低温粘弹性能的预测

鉴于弯曲梁流变仪和动态剪切流变仪在研究沥青低温粘弹性能时存在一定局限性,通过动态剪切流变仪测定常温下沥青的动态粘弹性能,利用时温转换原则和沥青动静态粘弹函数的转换关系,转换为沥青的低温粘弹性能,与弯曲梁流变仪在低温下直接测定的低温蠕变性能相比较,分析了两者试验结果的相关性。结果表明,通过常温下沥青的动态粘弹性能可以很好地预测沥青的低温粘弹性能,并且可以得到更宽广的时间范围内沥青的低温粘弹性能。     

斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳试验研究

以板桁斜拉桥的Q500qE正交异性钢桥面板作为研究对象,采用足尺节段模型疲劳试验和数值模拟的方法,对具有宽U肋的正交异性钢桥面板关键细节的疲劳性能进行研究. 通过施加预应力的方法模拟桥面板的轴压力. 3个试验模型总计进行650万次变幅疲劳循环加载. 研究结果表明,嵌补段焊缝初始裂纹以宏观长裂纹的方式出现在腹板下缘,荷载幅越大,初始裂纹越长;宽U肋嵌补段腹板和底板的裂纹扩展可以分为4个阶段,各阶段间有明显的分界点;裂纹扩展速度与裂纹扩展长度正相关;轴压力增大了嵌补段裂纹扩展速度;对设置了焊接垫板的宽U肋嵌补段的焊缝余高进行铲除并磨平处理可以提高焊缝细节的疲劳强度. 推荐采用我国公路钢桥结构设计规范（JTG D64-2015）中110类细节疲劳强度设计宽U肋嵌补段对接接头焊缝.     

SEAM改性沥青流变特性

采用动态剪切流变试验测试了沥青胶浆在原始状态、旋转薄膜老化状态及压力老化状态下的复数模量、相位角、车辙因子、疲劳因子。采用弯曲梁流变试验测试了沥青胶浆的蠕变劲度及蠕变劲度变化率。结果表明,长期老化后,改性剂质量分数为10%的SEAM改性沥青车辙因子显著增强,且疲劳因子满足SHRP沥青胶结料规范。随着改性剂含量的增加,沥青蠕变劲度增加,蠕变劲度变化率降低。综合分析上述各项流变指标可知,SEAM改性剂对沥青流变特性影响显著,适当含量(质量分数为10%)的SEAM改性剂可以有效改善沥青流变效果,而高含量(质量分数为20%以上)的SEAM改性剂会使沥青流变效果降低。     

钢箱梁悬索桥大节段正交异性钢桥面板疲劳性能试验

针对正交异性钢桥面板的焊接细节在反复荷载作用下易疲劳开裂的问题,以三峡库区某大跨悬索桥的钢箱梁正交异性钢桥面板为工程背景,进行1∶2缩尺的钢桥面板疲劳性能试验研究,进行设计寿命期内的疲劳试验和极限寿命期内的疲劳试验.疲劳试验结果表明:200万次的循环加载后,模型上各测点的应力值波动很小,在加/卸载过程中位移具有良好的对称性、可恢复性与重复性,说明模型的应力状态稳定,没有出现因局部开裂、损伤而导致模型应力显著变化的现象,说明该桥的正交异性钢桥面板的构造满足设计要求,且有一定的安全储备.     

大跨度桥梁钢桥面板跨尺度疲劳损伤评估方法

大跨度斜拉桥正交异性钢桥面板的顶板与纵肋焊接构造细节在车辆荷载作用下易产生疲劳损伤进而导致服役性能降低、影响行车安全。为评估大跨度桥梁钢桥面板的疲劳性能,提出基于细观损伤力学的大跨度钢桥疲劳损伤跨尺度评估方法;推导了基于细观损伤力学的钢桥面板疲劳损伤演化模型,在此基础上,结合实测交通数据,实现了基于Monte-Carlo法的随机车流模拟;最后,将提出的方法应用于一座大跨度三塔斜拉桥。研究结果表明,大跨度斜拉桥钢桥面板体系焊缝周围区域的累积疲劳损伤程度明显高于桥面板体系的其他部位;顶板与纵肋焊接构造细节的疲劳损伤累积呈现明显的非线性,预测的疲劳寿命远小于Miner线性疲劳损伤累积准则的结果。     

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数（5%、6%、7%和8%）的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验. 试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G^*/sin δ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量J_nr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大. SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.     

Effect of ageing on fatigue properties of asphalt

The fatigue properties of asphalts were investigated after various laboratory simulation ageing tests and outdoor natural exposure ultraviolet radiation ageing,by dynamic shear rheometer(DSR) time sweep fatigue test in constant strain model and a new type of specimen which was introduced to avoid the problem of adhesion failure between rotor and asphalt binder.The results show that outdoor natural exposure ageing(NEA) causes the decrease of retained fatigue life distinctly,and photodegradation caused by outdoor NEA of 1 250 μm thin films asphalt for three months,is found to be severer than pressure ageing vessel(PAV) with respects to retained fatigue life.The effect of photodegradation increases as the time of outdoor NEA increases.DSR time sweep fatigue test in constant strain indicates that the aged styrene-butadiene-styrene(SBS) modified asphalt still displays better fatigue properties than the corresponding base asphalt after ageing.     

基于三维离散元法的钢桥面铺装层间剪切模拟

为了研究钢桥面铺装层间剪切破坏行为,采用离散元方法,建立钢桥面铺装复合结构试件的三维数值模型;通过DSR试验,获得沥青砂浆30℃和60℃条件下的Burgers模型参数,并计算得到沥青砂浆的细观参数作为离散元模型的输入参数;通过数值模拟分析了30℃和60℃条件下的钢桥面铺装层间剪切行为,与室内剪切试验结果进行对比,并且分析钢桥面铺装层间粘结失效情况和裂缝发展情况。研究结果表明,离散元数值模型能够较好地模拟铺装体系复合结构层间剪切行为;在虚拟剪切过程中,集料单元与钢板单元之间的粘结最先开始失效,随着剪切位移的逐渐增大,裂缝沿着钢板和沥青铺装层界面不断发展,最终贯穿整个界面。粘结失效集中在钢板与沥青铺装层界面之间,沥青铺装层内部单元之间没有粘结失效。     

The effect of cyclic hardening on fatigue properties of modified asphalt

The phenomenon of cyclic hardening is observed in fatigue tests of modified asphalt controlled by low strain/stress level and it is not clear how the phenomenon affects the fatigue properties of binders. The special time weep tests were performed to investigate the point. Tests results indicate that the cyclic hardening is caused by the rearrangement of molecules in binders, and it can make the inner structure of binders getting stable and increase the fatigue properties of asphalt binders. But fatigue damage occurs when fatigue tests start, no matter the phenomenon of cyclic hardening happens or not. If the controlled load is low, the effect of rearrangement of molecules on material is beyond the effect of fatigue damage so that the cyclic hardening can be observed. When the load conditions get worse, the effect of slight fatigue damages produced in hardening stage will show.     

黏弹性对沥青路面疲劳开裂的影响

建立了黏弹性三维有限元模型,对典型沥青路面结构路表及沥青层底的水平应力进行了计算,分析了荷载模式及温度对黏弹性响应的影响。结果表明:在循环荷载作用下,路表和沥青层底都经受水平压应力和拉应力的重复作用,且在路表和沥青层底分别产生少量的残余拉应力和残余压应力,这有可能是造成沥青路面从上到下或从下到上疲劳开裂的原因之一。随着温度的升高,残余应力减少,且路表产生的压应力幅值和沥青层底产生的拉应力幅值都降低。     

焊接残余应力对钢桥面疲劳性能的影响与处理措施

为改善正交异性钢桥面的抗疲劳性能,对钢桥面进行退火处理以降低关键焊缝的焊接残余应力。首先系统性地回顾和探讨钢桥面焊接残余应力分布模式,同时就残余应力对疲劳裂纹发展的影响进行了文献分析。随后,归纳和总结了国内外主流焊接残余应力消除方法,并开展对比分析。借鉴压力容器制造方法,建议在正交异性钢桥面制造中引入退火处理工艺以降低焊接残余应力。研究聚焦钢桥面中疲劳问题较突出的顶板与U肋连接焊缝,设计了16个(其中9个退火处理,7未作处理)局部足尺单U肋试件进行残余应力测试与疲劳试验。试验结果表明,退火处理后焊缝残余应力实测值降低约80%,疲劳强度提高约23%。可以看出,退火处理可以大幅降低焊接残余应力,从而有效提升钢桥面抗疲劳性能。     

高弹性沥青及其混合料性能的试验研究

对高弹性沥青与SBS改性沥青、70#沥青的性能进行对比检测,着重进行60℃动力粘度和动态剪切试验以评价沥青胶结料的高温性能,并以车辙因子G＊/sinδ评价三种沥青的抗永久变形能力。对采用这三种沥青的AC-20型混合科的高温稳定性、水稳性、低温抗裂性能进行对比试验研究。结果表明,高弹性沥青的动力粘度、车辙因子远高于其他沥青胶结料,能够大幅提高混合料的高温性能,而且对抗水损坏、抗开裂等其他路用性能也有一定改善。     

桥面铺装防水粘层渗水、积水分析与评价方法

针对现行桥面铺装防水粘层渗水、积水检测技术不完善的问题,首先通过数字图像处理技术,量化粘层的空隙分布状态,提出基于空隙率、空隙数量、空隙等效直径的粘层渗水、积水评价方法. 然后,建立粘层空隙三维重构模型,直观展现粘层空隙立体形态分布特征. 最后,结合粘层横向渗水试验,测量5种典型桥面防水粘层的渗水量,验证了数字图像分析技术应用于评价粘层渗水、积水的可靠性. 研究结果表明:同步碎石空隙分布丰富,空隙尺寸大,易于渗水,且为层间积水提供了充足的储水空间;AC-5和稀浆封层空隙分布密且尺寸小,防水能力优于同步碎石;SBS改性乳化沥青粘层的空隙率较小,且空隙分布离散,空隙间几乎不连通,抗渗水能力最好.