桥面沥青混凝土铺装层破坏和力学模型研究.pdf

桥面沥青混凝土铺装层破坏和力学模型研究 1 2 1 张家峰 ，朱士东 ,韩永 （1河海大学工程力学系 南京市 210098，2河海大学交通运输规划与管理 南京市 210098） 摘 要：近年来桥面铺装问题造成的直接和间接的经济损失已经引起研究者的重视,本文总结了混凝土 桥沥青铺装层常见破坏类型,并且结合某一斜拉桥工程,在深入研究桥面系受力的基础上,探讨了如何建立 科学合理的力学模型来分析其的实际应力及应变状态,最后提出了在今后的理论研究中需要解决的问题。 关键词：桥面铺装； 有限元法； 沥青混凝土；力学模型 0 引言 目前我国经济的发展速度令全世界瞩目,在这大好形势下公路交通事业也是方兴未艾, 我国近十几年高速公路建设迅速发展,高速公路通车总里程约 5.3 万公里,位居世界第二。作 为一个重要的交通载体,高速公路的畅通与否,不但直接影响其自身的运营效益,对人民群众 的出行和地区经济的发展也影响极大。高速公路桥梁也随之逐渐增多,桥梁结构形式、建筑 材料、施工工艺不断改革与创新,随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装问题普遍,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,也给维修工作带来了很大困难,桥 面铺装作为桥梁行车体系的重要组成部分,因桥面铺装问题造成的直接和间接的经济损失已 经引起研究者的重视,桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通 [1] 事故的一大病害 。 08 年元月中旬以来,我国南方大部分地区出现了较大范围的历史罕见的低温雨雪冰冻 极端灾害天气,全国先后有 23 个省份的公路交通受到不同程度的影响,此次除冰除雪采用大 量撒布工业盐或各类含有氯化物成分的融雪剂进行快速除雪,工业盐和融雪剂中大量的氯离 子等酸性离子随盐水渗入沥青混凝土铺装层后与钢筋中的铁发生化学反应,加速铁的锈蚀膨 胀,导致保护层剥落。且由于钢材截面的减小,致使结构物承载力降低,进而导致桥梁出现结 构性破坏。另外,各种大型除雪设备的频繁使用会对桥梁铺装层的正常使用寿命造成影响。 国内外研究表明,与一般沥青路面相比,由于桥面铺装体系在行车荷载、梁体变形及环境 等因素的复合作用下,受力及使用条件更加复杂,铺装层承受着较大的反复拉应力和剪切应 力,往往在桥面系的加劲部件的顶部可能产生疲劳开裂、推挤、滑移等破坏形式[2，3]。本文总 结了混凝土桥沥青铺装层常见破坏类型,并且结合某一斜拉桥工程,在深入研究桥面系受力 的基础上,探讨了如何建立科学合理的力学模型来分析桥面铺装层的实际应力及应变状态, 为桥面铺装层的合理设计和材料选择提供力学理论依据,从而改善铺装层受力、提高铺装层 路用性能和延长铺装层使用年限。 1 桥面铺装层结构设计依据的局限性 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,另一方面起联结各主 梁共同受力的作用,既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层,所以应具有足够的强度和 [4] 良好的整体性,并有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能 。 [5] 目前在实际设计中依据的是现行沥青路面设计规范(JTG D50-2004) ,对沥青铺装层设 计主要从所用材料、做法及厚度等方面作了指导性的说明,只给定了厚度的推荐值,桥梁的结 构理论中对桥面铺装层的具体的设计理论与方法几近于零,无章可循；其铺装层混合料的设 计与施工仍沿用传统的路用沥青混合料的做法。这就造成了在实际设计中,桥面铺装层只作 为桥梁工程的附属结构,设计者对其花费精力甚少,从而为桥面铺装的早期损坏埋下了隐患。 1 2 桥面铺装层结构的主要破坏类型 由于桥面铺装层在设计上没有相应的规范