基于COMSOL的钢桥面铺装层温度与荷载耦合分析

发布时间：2020-06-05 23:35

【摘要】：本文根据南京长江大桥维修工程建立了钢桥面铺装结构有限元模型,基于热力学基本定律、弱形式偏微分方程的粘弹性理论与Norton-Bailey蠕变模型,研究了钢桥面浇筑式沥青混合料铺装层所处多物理场环境对其温度场、温度应力与永久变形的影响,具体工作和研究结论如下:(1)结合COMSOL提出了热传导和热对流的弱形式方程,并根据热力学定律,明确了钢桥面铺装层材料的热物理参数,考虑了铺装结构形式与钢桥面板的正交异性对铺装结构温度场的影响。(2)利用广义Maxwell模型来表征铺装层浇筑式沥青混合料的粘弹性力学行为,通过COMSOL的弱形式偏微分方程模块导出并推演了粘弹性材料的本构关系。(3)模拟了钢桥面铺装层在冬夏两季内全天候的温度与温度应力随时间推移的分布状况,模拟结果表明,铺装层表面的最大拉应力约为1MPa左右,以纵向拉应力更为不利;U型肋顶面对应的铺装层表面的温度应力要大于U型肋之间的区域;在大气温度下降阶段,上下铺装层层间出现了温度最大值。(4)模拟了钢桥面铺装层在车辆荷载作用下应变分布的演化规律,一开始高应变值的区域主要产生于两轮轮迹中间,呈带状分布,随着时间的推移,该区域逐渐扩大并围住了荷载作用区域。(5)对不同温度荷载条件下的钢桥面铺装层永久变形进行模拟,模拟结果表明,两轮轮迹中心处出现隆起现象,车辙深度约为0.6mm;当车辆荷载的接地压力从0.7MPa变化到1.4MPa时,铺装层产生的车辙深度增长了约120%。综上所述,本文在钢桥面铺装层温度与荷载耦合方面所作的理论分析以及数值模拟等一系列研究工作,对完善钢桥面铺装结构分析和设计具有一定的指导意义和实践应用价值。
【图文】：

技术路线图

东南大学硕士学位论文16图2-1 正交异性钢桥面铺装体系结构示意图由于闭口加劲肋抗扭性能好而得到更为广泛的应用，目前大跨径桥梁大多采用闭口 U 型加劲肋，在大气温度和太阳辐射的共同作用下，U 型肋内部存在热量集聚现象，对钢桥面铺装层的温度场分布规律产生一定的影响。此外，钢桥面铺装层的受力模式与普通路面不同：对于普通路面，路面面层的最不利拉应力和应变均出现在面层底部；而对于正交异性钢桥面板，加劲肋、横肋和纵肋顶部的铺装层表面容易出现应力集中现象，因而，最不利的拉应力和应变反而出现在铺装层的表面。2.4.3 钢箱梁结构形式的影响钢箱梁结构形式也对钢桥面铺装层的温度场具有一定的影响，对于大跨径桥梁主桥来说一般采用扁平型钢箱梁；而对于引桥或是小跨径桥梁
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.33

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本文编号：2698783