防水粘结层对混凝土桥桥面铺装受力的影响分析

发布时间：2020-04-23 15:15

【摘要】：桥面铺装层受使用环境和荷载作用受力情况十分复杂。现行桥梁结构的设计中仅仅将其视为桥梁的附属结构,对其进行针对性力学分析较少。在现行规范中也未明确铺装层设计参数、施工工艺,仅是给出一些指导性说明,未能有效指导设计和预防铺装层的早期破坏。近年来桥面铺装层出现的早期破坏现象,其中一个主要原因就是水损,为此许多桥面铺装结构都铺设有防水粘结层。防水粘结层的主要功能就是防止水分侵蚀、抑制水损坏、延长桥面铺装使用寿命。此外,防水粘结层还可以起到加强桥面板和沥青铺装层的粘结效果,改善二者之间的联结状况的作用,使二者更加紧密的联系在一起,从而可减少由于层间粘结失效引起的各种病害。本文总结和论述了国内外水泥混凝土桥面铺装领域的主要研究成果、混凝土桥防水粘结层存在的主要问题以及防水粘结层材料的分类,分析水泥混凝土桥面铺装常见病害、病害出现的原因以及铺装层病害与粘结层之间的关系。运用ANSYS有限元软件,建立桥梁上部结构和桥面铺装层有限元模型,系统研究静载作用下防水粘结层厚度、弹性模量、沥青层厚度、横坡坡度、纵坡坡度以及超载对沥青混凝土桥面铺装层应力分布的影响规律,对采用防水层与未采用防水层的桥面铺装应力分布进行对比。最后通过动力学瞬态分析,研究移动恒载和考虑桥面不平整时随机动载作用下行车速度对桥面铺装力学行为的影响规律,并对静动态计算结果进行对比,计算不同不平度条件下的冲击系数。结果表明:(1)防水层自身材料性质的改变对桥面铺装结构受力有一定的影响,防水层的存在对桥面铺装结构竖向最大位移影响不大,但是对铺装层内的应力分布影响显著。(2)在车辆荷载作用下,铺装层竖向最大位移和层间应力随着沥青层厚度的增大、横坡的增大和纵坡的减小而减小。(3)移动恒载作用时,较低的行车速度对桥面铺装结构受力不利。考虑桥面不平整度的随机动载作用时,铺装层的应力随着车速的增加先减小后增大。(4)行车速度的变化对竖向最大位移的影响较小,对铺装层结构的受力有较大的影响。IRI=2时随机动载作用下的竖向最大位移、拉应力和剪应力分别是静载作用时的1.17、1.40和1.42倍。(5)桥面不平整度对铺装层结构受力影响很大,平整度越差对铺装层受力影响越明显。桥面严重不平整时,竖向最大位移和应力冲击系数分别为1.9和2.3。
【图文】：

图 2.1 车辙破坏图 2.2 推移拥包沥青桥面铺装面层车辙破坏主要是内部和外部两类原因所致。内因主要是由混合料组成材料与配合比设计不合理导致混合料高温稳定性不足。外因主要包括一是重载卡车的数量及其轴重和轮胎压力，二是行车速度，承受慢速交通或有停相较承受快速交通的情况，前者要求有较大的抗车辙能力[27]。推移拥包等破坏是由于层间过大的剪应力在铺装层内部引起了剪切破坏，或为桥面板与沥青铺装层之间缺乏足够的粘结力，在剪切应力作用下，抵抗其破坏较差，而且沥青混合料铺装层在温度变高时抗剪能力也有所下降，相应的其在水上也就比较容易发生剪切破坏，导致铺装层发生破坏。2.1.2 开裂类破坏开裂类破坏，主要包括横向裂缝、纵向裂缝、局部网状开裂。横向裂缝类似于水泥混凝土路面出现的断板，在主梁支座中心处较为普遍，

图 2.1 车辙破坏图 2.2 推移拥包沥青桥面铺装面层车辙破坏主要是内部和外部两类原因所致。内因主要是由混合料组成材料与配合比设计不合理导致混合料高温稳定性不足。外因主要包括一是重载卡车的数量及其轴重和轮胎压力，二是行车速度，承受慢速交通或有停相较承受快速交通的情况，，前者要求有较大的抗车辙能力[27]。推移拥包等破坏是由于层间过大的剪应力在铺装层内部引起了剪切破坏，或为桥面板与沥青铺装层之间缺乏足够的粘结力，在剪切应力作用下，抵抗其破坏较差，而且沥青混合料铺装层在温度变高时抗剪能力也有所下降，相应的其在水上也就比较容易发生剪切破坏，导致铺装层发生破坏。2.1.2 开裂类破坏开裂类破坏，主要包括横向裂缝、纵向裂缝、局部网状开裂。横向裂缝类似于水泥混凝土路面出现的断板，在主梁支座中心处较为普遍，
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.33

【参考文献】