• 沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    摘 要:本文对钢筋混凝土桥柔性桥面铺装的晚期病害及其缘由举行了剖析与研讨,在总结以后海内桥面铺装布局剖析次要体式格局的基础上,经由过程现实剖析,提出了用有限元举行布局剖析时,需求重点研讨的几个问题,指出了从此次要的研讨标的目的。要害词: 水泥混凝土桥面 沥青混凝土 桥面铺装 晚期病害 缘由剖析 布局剖析1 概述桥面铺装层直接蒙受行车荷载、梁体变形和环境要素的作用,其变形和应力特性与主梁及桥面板布局型式密切相干,一方面可疏散荷载并介入桥面板的受力,另一方面起联结各主梁配合受力的作用;既是桥面保护层又是桥面布局的配合受力层,所以存在足够的强度和良好的整体性,并存在足够的抗裂、抗打击、耐磨机能。近年来我国公路桥梁建设快捷生长,桥梁布局不断翻新,大跨桥梁已很遍及,但桥面铺装的设计与施工仍沿袭传统的习气做法,在举行桥梁布局设计时,对桥面铺装层普通不作专门的盘算剖析。跟着交通量和重型车辆的添加,桥面铺装问题遍及[1-6]。这不仅故障了正常交通,影响了桥面的雅观,更易构成交通事故,也给维修事情带来了很大困难。近年来,人们对因桥面铺装问题构成的直接和直接的经济损失给以了足够的注重。桥面铺装的晚期毁坏已成为影响高速公路运用功效的施展和诱发交通事故的一大病害。桥面柔性铺装能大大缓和行车对桥面板的打击,较易到达经营中安稳舒适的要求,跟着沥青资料机能的改良,应用将愈加宽泛。但现行标准[7]对沥青铺装布局的设计次要从所用资料、做法及厚度等方面作了指点性的阐明

    顺叙,关于详细的设计现实与体式格局仍是空缺,铺装层的设计无章可循。这就构成了在现实设计中,桥面铺装层只作为桥梁工程的隶属布局,设计者对其甚少破费精神,从而为桥面铺装的晚期毁坏埋下了隐患。因而,应放慢对桥面铺装,出格是布局破碎摧毁机理和设计现实方面的研讨。2 破碎摧毁体式格局沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,毁坏体式格局有所差别[8,9]。次要有 : ①铺装层外部

    暮气发生较大的剪应力,惹起不确定破碎摧毁面的剪切变形,或因为铺装层与桥面板层间联合面粘结力差,抗程度剪切能力较弱,在程度标的目的上发生绝对位移发生剪切破碎摧毁,发生推移、拥包等病害;②因温度转变并陪伴桥面板或梁布局的大挠度而发生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下发生面层松懈和坑槽破碎摧毁。泰西自20世纪70岁月以来在桥面铺装中宽泛运用防水层, 跟着交通量的添加,涌现了一些新问题,如面层的晚期破损、开裂、坑槽、防水层与面层和桥面粘结强度缺乏

    不置可否而发生推移等病害。近年来,在我国的局部地域如北京、天津等地的桥面防水层也涌现了照应的病害。布防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破碎摧毁体式格局普通为剪切破碎摧毁,常表示为拥包和推移征象。剪切破碎摧毁有两种情形 :一是桥面钢筋混凝土模量弘远于沥青混凝土和防水层的模量,加上沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内发生较大的剪应力而惹起的无确定破碎摧毁面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力缺乏

    不置可否而发生剪切破碎摧毁。因而,剪切破碎摧毁是布防水层的水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装毁坏的次要缘由,故在现实设计中应基于两种体式格局的剪切破碎摧毁别离加以盘算剖析。3 病害剖析3.1 布局现实与设计(1) 桥梁的布局现实中对桥面铺装层的盘算剖析论说几近于零,现行标准中只给定了厚度的保举值[7],工程界一向在各品级的公路中运用了几十年。跟着交通量的增大,现行铺装与重型、超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。桥面铺装层直接蒙受车轮荷载的打击,桥面铺装局部或局部介入了主梁布局的变形,因而桥面铺装是一个受力复杂的动力体系,各种体式格局的主梁及铺装本身的布局均影响其应力的散布。(2)现行桥规第3.2.2条划定:……如无精确的盘算体式格局,箱形梁也可参照T形梁的划定处置[9]。从众多箱梁的设计来看,大局部设计者对箱梁构件是按T形梁举行处置的。而箱梁的现实受力虽有近于T梁的一壁,又有异于T梁的一壁,对延续箱梁差别更大。尤其是近年来箱梁的桥面愈来愈宽,桥跨与桥宽之比愈来愈小,箱梁仍按T梁那种长细杆件设计配筋,就愈来愈不适宜了,导致按?梁设计的箱梁骨架钢筋在现实受力形态下难以像T梁主筋那样施展应有的作用。所以,设计的假定形态与箱梁的现实受力形态不一致。(3)跟着资料工业的生长,桥梁承重布局的改良,使桥梁主梁能以较柔的布局到达受力的要求,高品级公路大跨桥梁的横向愈来愈宽。出格在设计盘算中着重于主梁纵向的盘算剖析,对桥梁横向刚度注重缺乏

    不置可否,横向布局办法倒运使桥面铺装分管了过多的次内力。(4)对延续梁桥、拱桥及悬臂梁桥等桥型布局,因为荷载的作用而发生负弯矩或拉力,使桥面铺装层遭到拉力的作用而发生负弯矩区裂痕,从而构成桥面铺装的毁坏。(5)在对高速公路举行交通布局管理中,因为车道功效的差别,报酬强迫地使桥梁布局经营一向处于偏载形态,使主车道的铺装承当了比超车道高得多(量值可达三至四倍)的经营应力程度,因而放慢了主车道铺装层的疲倦。出格是跟着私营运输业的生长,货运业主为钻营短期经济利益,经由过程转变车箱布局如加长车箱和加高车轴弹簧等使汽车的载重、轴重及轮载成倍添加。这些车辆对铺装层存在严重的毁坏作用,并使桥梁布局局部超载,放慢了主车道铺装层的病害生长。因而,在设计中应按照经营中车辆荷载的现实散布情形,在明白了桥梁布局受力的基础上,对桥面铺装层举行受力盘算。3.2 施工工艺(1)铺装层厚度偏小。因为桥梁上部布局在施工中支架的沉降及预应力反拱没法非常准确地预测,或因为施工工艺把持欠佳,施工中主梁顶面标高与设计值相符是比拟困难的,普通在丈量主梁顶面标高后对其举行调解以包管桥面的厚度。若是调解欠好,就会构成铺装层厚度不均,使有的处所厚度偏小。(2)梁顶清理倒运,构成铺装层与主梁联合欠佳。3.3 桥面防水层的影响因为柔性防水层的强度与主板和铺装层的强度有差距,它的存在使上部布局按模量构成刚—柔—刚的板体受力体系,中间柔性夹层会增大桥面板板中部的板底拉应力。处于防水层上的铺装层一经开裂,在车轮的动力荷载作用下,相互间的缝隙愈来愈大,直到松懈零落。别的,防水层的运用使铺装层发生剪切破碎摧毁的机率大大进步。3.4 桥面铺装的束缚条件桥面铺装受桥梁布局的束缚,受荷后其边界条件与普通路面相差甚大,加上梁体的挠度、歪曲等形变的耦合作用,给铺装层的事情机能构成倒运影响。4 桥面铺装设计体式格局的会商目前关于桥面铺装的研讨还很不成熟,而且现有研讨次要集中在资料设计和铺装技巧等方面,而关于现实剖析和布局盘算的研讨很少。罗立峰[5]等人将桥面板简化为正交同性的弹性小挠度薄板,将铺装层简化为各向同性的大挠度薄板,并假定两板之间绝对滑动,齐全不摩阻力且不脱空征象。在此基础上提出了桥面铺装的均衡微分方程,并以竖向变形为次要把持目的。张占军[8,10]等人以弹性层状体系为现实基础,用三维有限元的体式格局对水泥混凝土桥面柔性铺装的层间剪应力举行了盘算和剖析。并经由过程对沥青类桥面铺装层的破碎摧毁征象的剖析,发觉运用摩尔___库仑现实来确定铺装厚度是比拟合适的,即以桥面板与沥青铺装层之间的层间剪应力为把持目的,要求其不超过层间抗剪强度。别的,还联合防水层、平整度、施工工艺和车辙目的的要求,提出了桥面沥青铺装层厚度的盘算体式格局。张占军[11] 等人用有限元的体式格局对布防水层的水泥混凝土桥沥青铺装布局的层间剪应力的盘算举行了剖析,会商了防水层的厚度、模量、泊松比、沥青混凝土铺装层厚度和模量等参数对布局层层间剪应力的影响。以为层间最大剪应力次要取决于面层厚度和防水层模量;在防水层模量相反的情形下,添加面层厚度是下降层间剪应力的最无效手段。平正的把持目的是举行布局设计的首要依据,也是此课题从此要重点研讨的一个方面。从现有的布局剖析体式格局看,次要是用三维等参元模子举行剖析,目前较多采纳的是三维八结点和二十结点单位。平正的有限元模子是盘算剖析的条件,从目前的研讨情形来看,次要有如下几个方面急需会商。对桥面铺装, 怎样假定及模仿层直接触情形是有限元建模一个很首要的问题。对不布防水层的情形,可以借鉴复合路面的处置体式格局。 胡长顺[12]等人在举行复合路面布局剖析时,哄骗各向同性线弹性现实和三维有限元的体式格局,布局了一种正交各向同性接触模子,模仿板与地基之间的接触情形。 黄晓明[13]和刘玉荣[14]等人别离在对旧水泥混凝土路面混凝土加铺层和水泥混凝土沥青混凝土复合路面举行力学盘算时,接触面采纳了Goodman夹层单位模子模仿既非齐全延续又非齐全润滑的接触形态。 Goodman模子是由Goodman等人最早提出的用于模仿岩体节理的一种不凡单位,将它运用于夹层即为夹层单位。夹层单位由两个面组成,两个面之间设想由有数渺小弹簧衔接,单位厚度假定为0,每片接触面有4个结点,一个单位共有八个结点,是一种二维单位。 对布防水层的情形,现实施工中防水层的厚度在2~5妹妹之间,普通约为3妹妹。因为防水层的厚度很薄,有的学者将其简化为一种接触条件来处置,黄晓明[15]和黄卫[16]等人在对设有防水层的钢桥桥面铺装层举行力学剖析时,同样采纳了无厚度的Goodman夹层单位来模仿防水层的作用,夹层单位与相邻的夹层单位或铺装体单位之间,惟独结点处有力的联络。 张占军等人在文献[11]里在盘算水泥混凝土桥沥青混凝土铺装布局的层间剪应力时斟酌了防水层厚度。胡长顺[17]等人在哄骗有限元法对有裂痕夹层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层举行力学盘算时,对有必然厚度的夹层直接运用三维等参元分辩单位,而对土工织物这一类的无厚度夹层,则按照薄膜问题的物理方程与几多方程推导4结点矩形单位,树立单位刚度矩阵,举行力学剖析。总之,怎样模仿层直接触情形,出格是怎样斟酌防水层的影响,是树立平正有限元模子的一个要害问题,是研讨铺装层布局设计现实的一个重点。要采取现实盘算与实验剖析相联合的体式格局,将盘算了局与实验和实测了局绝对照,寻觅一种与布局现实受力契合的模子。桥面铺装层是一种不凡的路面布局,怎样平正简化荷载模子,以及怎样举行横向和纵向布载,也直接关连到盘算了局的精确程度。文献[8,10,11]中在盘算剪应力时参照路面设计中的荷载模子,荷载参数为BZZ-100,p=0.7MP,δ=10.65cm,程度荷载与垂直荷载同时斟酌。黄晓明在文献[15]中,则对差别的桥跨截面在横向差别地位举行布载,找出最倒运的荷位。惟独将桥梁布局剖析和路面现实联合起来,才能较好的解决这一问题。别的需求研讨的一个首要问题是,桥梁在荷载作用下发生挠度及其它形变,这些要素对铺装层的力学个性有何影响,怎样斟酌这些影响,这也是桥面铺装差别于普通复合路面的一个方面。目前,海内还不专门针对这方面的会商。平正解决桥面铺装问题需求从现实剖析和布局盘算两方面下手2,准确的现实基础是基本,平正的力学模子是要害。 经由过程盘算剖析与实测对照,较好的解决如上述的接触模子、荷载简化等问题,搞清其它要素的影响;还要增强对模子尺寸及收敛条件的研讨;在条件许可的情形下,增强对其动力机能的研讨。在剖析铺装层破碎摧毁体式格局的基础上, 确定要害要素,提出把持目的并树立照应的破碎摧毁原则,为设计供应依据,要到达这一目的需求做大量的基础性研讨事情。5 小结本文对钢筋混凝土桥柔性桥面铺装的晚期病害及其缘由举行了剖析与研讨,总结了以后海内桥面铺装布局剖析的次要体式格局,提出了用有限元剖析需求留意的一些问题,指出了从此次要的研讨标的目的。事不宜迟是放慢对沥青混凝土桥面铺装的进一步研讨,以明白桥面铺装层各布局层盘算模子、力学个性及相干参数,为桥面铺装的设计供应指点;同时,增强对各铺装层资料的资料机能目的和测试技巧的研讨,开发适应桥面破碎摧毁机理的新资料;别的,还要改良铺装技巧及进步施工品质,包管设计模子的准确性,从基本上解决桥面铺装晚期毁坏问题。参考文献:[1] 赵满,梅琪,赵庭耀.混凝土桥面铺装设计与施工[J].西南公路,2000,23(3):63-65.[2] 涂常卫,黎增丰,凌子如.混凝土桥面铺装病害与设计和施工的关连浅析[J].公路,1999,(2):17-22.[3] 凌坚,李志能.对桥面裂痕及铺装层破碎摧毁的会商[J].公路,1996,(9):7-9.[4] 梁志标,何惠红.桥面铺装过早毁坏的缘由剖析及处治对策[J].中南公路工程,1997,22(2):25-29.[5] 罗立峰,钟鸣,黄成造.桥面铺装设计体式格局会商[J].中南公路工程,1999,24(2):20-22.[6] 季节,徐世法,罗晓辉.桥面铺装病害考察及成因剖析[J].北京建筑工程学院学报,2000,16(3):33-39.[7] JTJ 014—97,公路沥青路面设计标准[S].[8] 张占军,曹东伟,胡长顺.水泥混凝土桥面沥青铺装层厚度的研讨[J].西安公路交通大学学报,2000,20(2):16-19.[9] JTJ 023—85,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准[S].[10]张占军,胡长顺,王秉纲.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装布局设计体式格局研讨[J].中国公路学报,2001,14(1):56-59.[11]张占军,胡长顺.布防水层的混凝土桥桥面铺装布局剪应力盘算与剖析[J].西安公路交通大学学报,2001,21(2):14-17.[12]胡长顺,王秉纲.复合式路面设计原理与施工技巧[M].北京:群众交通出版社,1999.[13]黄晓明,刘玉荣,邓学钧等.旧水泥混凝土道面加铺层有限元剖析体式格局[J].中国公路学报,1996,9(1):30-36.[14]刘玉荣.水泥混凝土沥青混凝土复合式路面的荷载应力剖析[J].西南公路,1996,(1):25-91.[15]黄晓明,王捷,陈仕周.大跨钢桥桥面铺装布局受力剖析[J].土木工程学报,1999,32(1):37-42.[16]黄卫,钱振东.高等沥青路面设计原理与体式格局[M].北京:科学出版社,2001.[17]胡长顺,曹东伟.有防裂夹层布局的旧水泥混凝土路面沥青加铺层力学剖析[J].中国公路学报,1999,12(增刊):1-8.


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