城市高架桥沥青铺装结构与粘结层受力特性的深度剖析与研究.docxVIP

城市高架桥沥青铺装结构与粘结层受力特性的深度剖析与研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市交通需求急剧增长，高架桥作为缓解城市交通拥堵、提高交通效率的重要基础设施，在城市交通网络中扮演着至关重要的角色。自1928年世界上第一座高架桥于美国新泽西州伍德布里奇出现后，高架桥的建设在全球范围内迅速发展。截至2018年，中国高架桥的总长度已超过30万千米。

高架桥的桥面铺装直接承受车辆荷载的作用，其性能优劣直接关系到行车的安全性、舒适性以及桥梁的耐久性。沥青铺装结构因具有良好的平整度、抗滑性、减震降噪等优点，在城市高架桥桥面铺装中得到广泛应用。它不仅能够为车辆提供平稳的行驶表面，还能有效保护桥面板，延长桥梁的使用寿命。而粘结层作为沥青铺装结构与桥面板之间的连接纽带，起着传递荷载、防水、粘结等关键作用。其性能的好坏直接影响到沥青铺装层与桥面板之间的协同工作能力，进而影响整个桥面铺装系统的力学性能和使用寿命。若粘结层的粘结强度不足，在车辆荷载的反复作用下，沥青铺装层与桥面板之间可能会出现滑移、脱层等病害，严重影响桥面铺装的正常使用，甚至危及行车安全。因此，深入研究城市高架桥沥青铺装结构受力特征及其粘结层受力具有重要的现实意义。通过对沥青铺装结构受力特征的研究，可以优化铺装结构设计，提高铺装层的承载能力和抗疲劳性能；对粘结层受力的研究，有助于选择合适的粘结材料和施工工艺，增强粘结层的粘结强度和耐久性，从而提高整个高架桥桥面铺装系统的可靠性和使用寿命，降低维护成本，保障城市交通的安全畅通。

1.2国内外研究现状

国外对于钢筋混凝土桥面沥青铺装层研究开展较早，在材料的改性和铺装技术方面取得了较多成果，对桥面防水也极为重视。法国的DeBacker在对沥青混凝土桥面铺装层进行受力分析时，假定沥青铺装层与钢筋混凝土桥面板之间为完全粘接和完全脱空两种情况进行分析计算，并认为荷载作用下桥梁的振动对于沥青铺装层的破坏影响不大；Tabchi采用一种薄纤维来模拟沥青铺装层与混凝土面板之间的粘接，在施加荷载作用时假定受力部位为方形。西班牙的MariaC以弹性层状体系为理论基础，针对铺装层与混凝土桥面板之间采用完全粘接与完全脱空两种情况，分析了3种不同的桥面结构和4种沥青铺装层在最不利荷位下沥青铺装层底部最大应力应变，并结合试验得出了疲劳计算相关结论。然而，国外研究对于沥青铺装结构及粘结层受力的理论和力学分析研究相对较少。

国内学者对沥青铺装结构和粘结层受力也进行了大量研究。刘淑娟采用ANSYS有限元软件分析沥青混凝土桥面铺装受力，得出铺装层与桥面板之间的剪应力大于铺装层上、下面层之间的剪应力，跨中位置挠度最大，粘结层是沥青混凝土桥面铺装的受力薄弱环节的结论。刘楠使用ANSYS通用有限元对整桥模型和试验模型进行分析，得出它们的应力应变分布，并通过室内试验研究了粘结层的抗剪切疲劳特性。赵锋军等以来马高速公路上林互通式立交桥沥青铺装工程为例，建立梁体有限元模型，分析不同铺装模量、厚度对沥青铺装受力的影响，认为根据不同模量组合下应力变化情况，采用上粗下细的铺装方案更为合理，增加铺装层厚度能改善铺装层的受力状况，其中以合理增加铺装上层厚度为宜。但目前国内研究在考虑多因素耦合作用下的沥青铺装结构及粘结层受力分析还不够深入，缺乏系统的理论体系和设计方法。

综上所述，虽然国内外在城市高架桥沥青铺装结构和粘结层受力方面已取得一定成果，但仍存在不足。现有研究多集中在单一因素对沥青铺装结构和粘结层受力的影响，对多因素耦合作用下的受力特性研究较少；在粘结层受力研究方面，对粘结层材料的疲劳性能和长期性能研究还不够深入。因此，有必要进一步开展相关研究，以完善城市高架桥沥青铺装结构及粘结层受力理论，为工程实践提供更有力的理论支持。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括：运用有限元软件建立城市高架桥沥青铺装结构模型，考虑车辆荷载、温度荷载等多因素耦合作用，分析沥青铺装结构在不同工况下的受力特征，包括竖向变形、弯拉应力、剪应力等分布规律；针对粘结层，通过室内试验研究其在不同荷载条件下的粘结强度、抗剪强度和疲劳性能等力学性能，并结合有限元分析，探讨粘结层材料参数和结构参数对其受力性能的影响；以实际城市高架桥工程为案例，将理论分析和试验研究结果应用于工程实践，验证研究成果的可行性和有效性，并提出针对性的沥青铺装结构设计和施工建议。

在研究方法上，采用有限元模拟方法，利用ANSYS等有限元软件，建立精确的沥青铺装结构和粘结层有限元模型，模拟其在各种荷载作用下的力学响应，通过改变模型参数，分析不同因素对沥青铺装结构和粘结层受力的影响规律；开展室内试验研究，设计并进行粘结层的剪切试验、疲劳试验等，测试粘结层的各项力学性能