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水泥混凝土桥沥青铺装层病害成因有限元分析 陈太泉 武汉理工大学土木与建筑学院，武汉 (430070) E-mail：ctq9609011@163.com 摘 要：近年来,随着我国公路桥梁建设的快速发展,桥面铺装发生早期病害的问题已引起重 视。为解决此类问题，了解病害的原因是非常必要的。本文采用有限元分析模型，对桥面铺 装的剪切破坏和开裂破坏原因进行了计算分析。分析中充分考虑铺装层内部因素和外部因素 的影响，模拟了实际情况中的各种工况，最终找出了引起桥面铺装层剪切破坏和开裂破坏的 根本原因。分析结果对铺装层的设计和施工有一定的借鉴意义。 关键词：沥青铺装层，病害成因，剪切破坏，开裂破坏，有限元 1. 引言 桥面铺装层是桥梁结构的重要组成部分，其直接受车轮作用，防止车轮轮胎直接磨耗行 车道板、保护主梁免受雨水侵蚀、并对车辆轮重的集中起分布作用。铺装层的质量好坏和使 用耐久性直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁的耐久性及投资效益。近年来，随着交通 流量和重型车辆的增加以及环境因素的影响，桥面铺装损坏情况越来越严重。有的桥梁在投 入营运后不久,铺装层上便出现了裂缝、拥包、车辙、碎裂、脱落等破坏现象。这不仅妨碍 了正常交通，影响了桥面的美观，更易造成交通事故，所带来的经济损失也是不可估量的。 ［～ ］ 1 2 桥面铺装病害已成为我国公路界普遍关注的问题 。 了解病害产生的原因是解决桥面铺装病害问题前提条件，这是十分必要和迫切的。文献 ［～ ］ 3 6 都从铺装结构受力特点、铺装材料性能、桥面铺装施工等几个方面对桥面铺装病害原 因进行分析，然而，他们仅对病害原因作了比较笼统的定性描述或推断。鉴此，本文利用有 限元分析软件，建立包含桥面铺装层及防水粘结层的桥梁实体，模拟铺装层在各种条件下的 受力状况，结合计算结果和实验数据或已有实验研究成果，通过对比分析，对铺装层病害原 因做进一步的分析和阐述，以期对其有更深一步的了解。 2. 分析模型 本文选取典型的T 形梁桥和箱形梁桥，实桥尺寸见表1。采用有限元程序空间实体建模， 建立的T 形梁桥和箱形梁桥如图1、2 所示。其中，用 solid95 单元来模拟主梁混凝土、用 link8 单元来模拟预应力钢绞线、用 solid65 单元模拟铺装层及防水粘结层。边界条件为桥梁 两端固结，不考虑下部结构。经比较确定：网格密度最密划分至 2×2×2cm ，而连续梁远离 负弯矩区划分至100cm。 表1 桥梁参数 桥梁形式 横截面 跨径 顶板厚 肋板 T 形梁 5 片梁共宽12m 30m 0.08m～0.2m 1.52/0.2 箱形梁 4 片梁共宽12m 30m 0.12m～0.23m 0.9/0.35 -1- 图1 T 形梁桥有限元模型 图2 箱形梁桥有限元模型 Fig1 T shape bridge finite element model Fig2 box shape bridge finite element model 车辆荷载采用均布荷载，荷载作用面积现行《公路工程技术规范》规定的轮胎接地形状 由圆形面积等效转换成0.2 m×0.6 m 矩形面积，保持两轮中心间距 1.8m 不变。在不考虑超 载情况下，取汽－超20 后轴重140KN，为了保持和现行《沥青路面设计规范》规定的胎压 相同，取轴载冲击系数为1.2，轮胎接地压强取0.707MPa，如图3 ：