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温度效应对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度的多维度解析与应用研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

随着经济的快速发展，交通运输需求持续增长，桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其建设规模和数量不断扩大。拱桥、悬索桥、斜拉桥以及大跨径高架桥等各类桥梁在各地纷纷涌现，城市中的高架桥和立交桥也日益增多，有效缓解了交通拥堵状况。然而，众多新桥在建成后不久，桥面铺装便出现早期病害现象，如严重的破损、开裂、坑槽、拥包、滑移等。

桥面铺装直接承受汽车荷载，起到分散行车荷载、参与桥面板共同受力的作用，同时保护车道板免受车辆轮胎的直接磨耗，以及保护主梁免受雨雪等自然气候环境的直接侵蚀。一旦桥面铺装发生损坏，外界水分便会侵蚀桥梁主体结构，导致钢筋锈蚀、混凝土松散、结构强度下降，使桥梁的稳定性和安全性受到严重影响。而且，桥面铺装病害的维修费用高昂，且在交通量较大时，维修时车辆分流困难，会造成巨大的直接和间接经济损失，其成本往往远高于新建同样的铺装层。

沥青混凝土桥面铺装是目前桥面铺装的主要形式之一，但由于沥青混合料的特性，其抗剪性能受温度影响显著。温度上升会导致沥青混凝土铺装层抗剪能力下降，在车辆荷载作用下，铺装层内部的剪切应力易使铺装层出现严重的车辙等病害。因此，研究温度对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度的影响具有重要的理论和实践意义。

从理论方面来看，深入了解温度与沥青混凝土桥面铺装抗剪强度之间的关系，有助于完善沥青混凝土材料的力学性能理论，为沥青混凝土在桥面铺装工程中的应用提供更坚实的理论基础，丰富和发展道路材料学与桥梁工程学的相关理论知识。

在实践应用中，准确掌握温度对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度的影响规律，能够为桥面铺装的设计提供科学依据，指导设计人员合理选择材料和设计结构，提高桥面铺装的抗剪性能和耐久性，减少早期病害的发生，降低桥梁的维修成本，延长桥梁的使用寿命，保障交通的安全和顺畅。

1.2国内外研究现状

在国外，对沥青混凝土桥面铺装抗剪性能的研究开展较早。一些学者通过室内试验和现场监测，对沥青混凝土的抗剪强度进行了大量研究，提出了多种抗剪强度理论和试验方法。在温度对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度影响的研究方面，国外学者通过试验和数值模拟，分析了不同温度条件下沥青混凝土的力学性能变化，发现温度升高会导致沥青混凝土的弹性模量降低，抗剪强度下降。他们还研究了不同沥青种类、级配组成以及添加剂对沥青混凝土在不同温度下抗剪性能的影响。

国内对沥青混凝土桥面铺装抗剪性能的研究也取得了一定成果。众多学者针对国内交通特点和气候条件，对沥青混凝土桥面铺装的抗剪性能进行了深入研究。在试验研究方面，开展了直剪试验、斜剪试验、三轴试验等多种试验，以评估沥青混凝土的抗剪强度。通过这些试验，分析了温度、加载速率、粘结层性能等因素对沥青混凝土抗剪强度的影响。在数值模拟方面，利用有限元软件如ANSYS等，建立桥面铺装结构模型，模拟不同工况下的受力情况，研究温度变化对铺装层内部应力分布和抗剪强度的影响。

然而，已有研究仍存在一些不足之处。部分研究在试验条件上与实际工程存在一定差异，导致试验结果在实际应用中存在局限性。在多因素耦合作用下，如温度与荷载、湿度等因素共同作用时，对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度的研究还不够深入。不同地区的气候条件和交通荷载差异较大，现有的研究成果在通用性和针对性方面还需进一步完善。

1.3研究内容与方法

本研究将围绕温度对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度的影响展开，主要内容包括：从材料性能角度，研究不同温度下沥青混凝土的组成材料特性，如沥青的粘度变化、集料与沥青的粘结性能等对其抗剪强度的影响；运用结构力学原理，分析在温度作用下，桥面铺装结构内部的应力分布情况，以及温度变化如何改变铺装层间的剪切应力；结合实际桥梁工程案例，调查不同温度地区的桥面铺装病害情况，分析病害与温度及抗剪强度之间的关联。

为实现上述研究内容，将采用以下研究方法：通过室内试验，对不同温度环境下的沥青混凝土试件进行直剪试验、三轴试验等，获取其抗剪强度数据，分析温度与抗剪强度的关系；利用数值模拟软件，建立沥青混凝土桥面铺装结构的有限元模型，模拟不同温度条件下的受力状态，计算铺装层的最大剪应力等参数，研究温度对结构力学性能的影响；收集实际桥梁工程中桥面铺装的相关数据，包括温度监测数据、病害调查数据等，通过案例分析验证试验和模拟结果，总结温度对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度影响的实际规律。

二、沥青混凝土桥面铺装抗剪强度理论基础

2.1抗剪强度基本原理

沥青混凝土作为一种复合材料，其抗剪强度是指材料抵抗剪切破坏的能力，主要由内摩阻力和粘聚力构成。内摩阻力源于矿质集料之间的相互嵌挤和摩擦作用，当沥青混凝土受到剪切力时，矿质集料颗粒之间会产生相对位移，而这种位移会受到集料表面的粗糙度、形状以及相互之间的