大跨徑鋼橋面鋪裝粘結(jié)層剪切分析

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1、浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,第5卷第1期,2004年3月JournalofZhejiangVocationalandTechnicalInstituteofTransportationVol15No11,Mar.2004大跨徑鋼橋面鋪裝粘結(jié)層剪切分析12羅劍,張義和(1.東南大學(xué)交通學(xué)院,江蘇南京210096;2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江杭州311112)摘要:針對大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝,應(yīng)用有限單元法對正交異性鋼橋面鋪鋪裝體系進(jìn)行分析。分析不同橫向和縱向位置下的荷載對鋪裝粘結(jié)層的影響,得出了在水平和豎直荷載綜合作用下鋪裝

2、層的受力規(guī)律,為鋪裝粘結(jié)層材料設(shè)計以及進(jìn)一步研究鋪裝層破壞提供了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:有限元法;正交異性鋼橋面板;粘結(jié)層中圖分類號:U443133文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-234X(2004)01-0017-03且修補(bǔ)工作巨大,目前對它的處理只有將粘結(jié)破壞0前言區(qū)域的鋪裝層清除重鋪,代價很大,因此粘結(jié)層抗剪能力是否滿足要求是橋面鋪裝成功的關(guān)鍵。本文近十年來隨著交通事業(yè)的迅猛發(fā)展,我國大跨以潤揚(yáng)長江大橋作為研究對象,應(yīng)用有限單元法分徑鋼橋建設(shè)高潮迭起,相繼建成了廣東虎門大橋、析了最不利狀況下橋面鋪裝粘結(jié)層的受力情況,為

3、江陰長江大橋、廈門海滄大橋和南京長江二橋等一合理的進(jìn)行粘結(jié)層設(shè)計提供了理論參考。系列著名大橋。這些大橋主跨上均采用扁平流線形鋼箱梁的構(gòu)造形式,從橋梁總體上考慮,該構(gòu)造形式具有跨度大、自重輕、行駛性好等優(yōu)點(diǎn)[1],但其通車后橋面的病害問題卻一直困撓著國內(nèi)外廣大工程技術(shù)人員。這是由于扁平流線形鋼箱梁的橋面板是由縱向加勁肋、橫隔板及面板所構(gòu)成的正交異性板,縱向加勁肋、橫隔板在提高橋梁整體結(jié)構(gòu)承載力的同時對瀝青鋪裝層的受力卻有著不良的影響。橋面鋪裝是一般由防銹層、粘結(jié)層、瀝青混凝圖一有限元模型土鋪裝層等構(gòu)成,它是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組

4、成部分承擔(dān)著防水、緩沖沖擊荷載、覆蓋橋面結(jié)構(gòu)物等重要1計算分析作用。具有良好使用性能的橋面鋪裝,是保證車輛安全行駛的必要條件。由于粘結(jié)層的抗剪能力不足111有限元模型及物理參數(shù)而造成鋪裝滑移、脫落,是橋面鋪裝的主要病害之由于加勁肋的作用,橋面板對車輛荷載的應(yīng)力一。粘結(jié)層的破壞將直接影響到鋪裝層與鋼板的橋應(yīng)變響應(yīng)具有很強(qiáng)的局部性,在荷載作用附的兩個面鋪裝體系的協(xié)同性,加速鋪裝層本身的破壞,并加勁肋寬度范圍內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)峰值,然后向四周收稿日期:2003-11-03作者簡介:羅劍(1979-),男,江西南昌人,碩士生.18浙

5、江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報[2]迅速衰減。故本文選取一塊正交異性橋面板作為方結(jié)束,共計算了15個荷位,相鄰的橫向位置平研究對象。鋪裝和鋼板采用空間8節(jié)點(diǎn)等參單元,均間隔4cm。當(dāng)沿縱向移動時,荷載從跨中位置移粘結(jié)層采用二維八節(jié)點(diǎn)夾層單元。有限元模型如圖至橫隔板上方,共計算了8個荷位,相鄰的縱向位一所示。橋面沿橫橋向取八個梯形加勁肋,縱橋向置間隔20cm。不同荷載位置下粘結(jié)層的最大橫向取三跨,包括4塊橫隔板。梯形加勁肋高度為280剪應(yīng)力和縱向剪應(yīng)力如圖二、圖三所示。mm,肋開口寬度300mm,肋閉口寬度170mm,厚度8mm,

6、兩相鄰加勁肋中心間距600mm;橫隔板間距為3200mm,厚度為10mm;橋面鋼板厚度為14mm。橋面頂板,加勁肋以及橫隔板均采用16Mn5低合金鋼,彈性模量為211×10MPa。橋面鋪裝為雙層鋪裝結(jié)構(gòu),鋪裝上層為35cm厚的環(huán)氧瀝青混凝土,鋪裝下層為25cm厚的澆注式瀝青混凝土,根據(jù)室內(nèi)復(fù)合梁靜載彎曲試驗(yàn)可以反算出環(huán)氧瀝青圖二粘結(jié)層最大橫向剪應(yīng)力鋪裝和澆注式瀝青鋪裝的模量分別為680MPa和570MPa。112計算假設(shè)及作用荷載計算時假設(shè)鋼板和鋪裝層完全連續(xù),鋪裝材料為線彈性材料,且不計算鋪裝結(jié)構(gòu)自重的影響。模型的約束

7、條件如下:橫隔板底部完全約束,橫向邊緣無橫向水平位移,縱向邊緣無縱向水平位移。其中縱向是指車輛行使的方向。計算時考慮豎向荷載圖三粘結(jié)層最大縱向剪應(yīng)力與水平荷載的綜合作用。其中豎向荷載采用汽車-通過圖二、圖三可以得出以下結(jié)論:超20級車隊中重車的兩根重軸進(jìn)行加載。根據(jù)(1)行車荷載橫向移動對鋪裝粘結(jié)層橫向剪應(yīng)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》車輪與鋪裝接觸面積為600力影響較大,在荷位3和15作用下,鋪裝粘結(jié)層[2]出現(xiàn)了最大橫向剪應(yīng)力?？v向位置上,跨中為最不mm×200mm。對于車輪制動時的水平荷載可以由下列公式確定:利位置。T=

8、(2)當(dāng)行車荷載位置橫向變化時,鋪裝層粘結(jié)其中T為制動情況下的路面的水平荷載,P為層縱向剪應(yīng)力的變化很小,可見U型加勁肋對鋪垂直荷載,<為滑動摩阻系數(shù),考慮偶然緊急制動裝粘結(jié)層縱向剪應(yīng)力的影響很小。的情況,在這里取為015[3]。(3)通過比較最不利位置下鋪裝粘結(jié)層橫向最113粘結(jié)層剪應(yīng)力分析大剪應(yīng)力與縱向最大剪應(yīng)力