典型钢桥面铺装体系生命周期碳足迹分析

为了量化钢桥面铺装体系的碳排放量,应用基于过程的生命周期评价方法分析了钢桥面铺装体系的生命周期碳足迹.从材料生产、施工建造、运营管理、维修养护、废弃处置和运输6个过程构建了钢桥面铺装体系碳排放的生命周期清单数据库,采用国际平整度指数建立铺装层行驶质量衰减下的碳排放预估模型,利用SMUO仿真软件进行交通延误仿真获取相关参数以建立交通延误的碳排放模型,建立了相应的碳足迹量化框架和模型,同时对下层EA(环氧)+上层SMA(沥青玛蹄脂)典型铺装体系进行了实例分析.结果表明,维修养护和运营管理阶段贡献了碳排放总量的近80%,交通延误导致的额外碳排放约达到了碳排放总量的24%,固化剂、喷砂除锈等材料或施工工艺也分别贡献了碳排放总量的8.11%和5.42%.

正交异性钢桥面铺装层的力学特性分析

分析在不同的荷载位置下 ,对应不同沥青混凝土模量值的正交异性钢桥面铺装层的应力应变特性及与钢板的粘结性能。通过分析 ,确定最不利加载位置和铺装层材料的各项力学指标 ,如铺装层材料最大容许拉应力、最大容许拉应变以及粘结层材料的剪切强度等 ,作为铺装层材料参照标准 。

南京长江第二大桥钢桥面铺装层受力分析研究

南京长江第二大桥采用正交异性钢箱梁结构 ,桥面铺装层在国内首次采用环氧沥青混凝土材料。本文将正交异性钢桥面板、铺装层作为受力整体 ,建立有限元分析模型 ,研究铺装层内受力变形特点 ,提出桥面铺装层破坏指标。研究铺装层参数、钢箱梁有关设计参数对于铺装层受力的影响。为桥面铺装层材料选用、钢箱梁结构构造设计及车道划分提供理论依据。

沥青混凝土钢桥面铺装方案受力分析

采用有限元方法分析在车轮荷载作用下正交异性钢桥面铺装层力学响应,研究铺装上、下层不同的厚度及模量组合对铺装层力学控制指标的影响以及不同铺装方案在超载情况下的铺装层受力状况。研究表明:铺装厚度对于层间剪切应力影响较大,铺装上层的材料模量对于铺装表面的最大拉应力影响较大,铺装下层的材料模量对于层间剪切应力影响较大。研究结果可以为正交异性钢桥面铺装设计提供理论依据。

BOTDA在沥青混凝土铺装层裂缝监测中的应用

为了研究分布式光纤传感技术BOTDA在沥青混凝土铺装层裂缝监测中的应用可行性,进行了相关的室内以及现场试验.对埋设于环氧沥青试件中的光纤在车辆荷载和极限温度下的工作性能进行了研究;采用BOTDA对铺装层裂缝监测进行了室内模拟;在此基础上,将BOTDA应用到现场沥青路面的铺装层中,进行路面的温度、残余变形及裂缝监测.研究结果表明,埋设在铺装层内的光纤能够满足实际沥青铺装监测中的抗压性能要求和温度变化要求,紧套光纤比裸光纤更能适用于实际铺面的裂缝监测,并且将BOTDA应用到沥青铺装层裂缝监测中具有很高的精度和稳定性.

基于BOTDA的钢桥面铺装裂缝疲劳扩展研究

采用分布式光纤传感技术BOTDA研究钢桥面环氧沥青混凝土铺装层裂缝的疲劳扩展规律。通过由铺装层和钢板组成的带切口复合梁的室内三点弯曲疲劳试验,采用BOTDA监测铺装层裂缝疲劳扩展过程,得到铺装层启裂、裂缝扩展直至破坏的各级疲劳荷载作用次数以及埋设于各层的光纤应变值,给出以光纤应变ε为变量的铺装层裂缝扩展模型公式和铺装层裂缝的疲劳扩展规律,本研究成果为钢桥面环氧沥青混凝土铺装层的抗裂设计和抗疲劳设计提供理论基础。

钢桥面环氧沥青混凝土铺装层Ⅰ型裂缝的断裂判据

基于桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入应力强度因子K和J积分对环氧沥青混凝土三点弯曲梁试验进行分析,研究了温度和初始缝高比对其断裂特性的影响。根据不同断裂特性,计算得到了环氧沥青混凝土断裂韧性KIC和J积分临界值JIC;并研究了初始缝高比对断裂参数的影响,建立了环氧沥青混凝土K-J双参数联合断裂判据。结果表明：环氧沥青混凝土在-15℃～5℃时发生脆性断裂;在5℃～25℃时发生弹塑性断裂;所建立的断裂判据可为桥面铺装的抗裂设计提供依据,并为铺装结构的裂缝修补时机研究提供参考。

短切玄武岩纤维对环氧沥青及其混合料性能的影响

试验研究掺加短切玄武岩纤维（BFCS）对环氧沥青及其混合料性能的影响,采用黏度、拉伸、马歇尔、车辙和低温弯曲试验,分析了2%~10%（质量分数）BFCS掺量下改性环氧沥青及其混合料性能。试验结果表明：添加BFCS之后,改性环氧沥青的容留时间略有缩短,断裂延伸率和抗拉强度在掺量不大于6%时均有所提高,其中4%BFCS掺量改性环氧沥青断裂延伸率可达235%,比普通环氧沥青提高9.3%;与普通环氧沥青混合料相比,掺2%,4%和6%BFCS改性环氧沥青混合料依然保持良好的高温性能,且掺4%BFCS改性环氧沥青混合料的抗弯拉强度、最大弯拉应变和弯曲应变能密度临界值分别提高22.5%,18.9%和47.1%,表现出较高的低温强度和较好的低温变形能力。

约束阻尼层板的振动分析

约束阻尼层结构是一类利用阻尼层的剪切效应达到减振目的的结构。基于这一原理，本文分析了约束阻尼层板的振动。引入的位移模式中，考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应，据此推导了约束阻尼层板的运动方程和边界条件。最后分析了简支矩形板的固有振动，讨论其振动特点。

低速与变速动载作用下沥青路面动力响应

为分析低速、变速车辆动载对沥青路面结构的影响,利用室内动态模量实验结合时温等效原理确定几种路面沥青材料的动态模量主曲线;通过调查和计算得到车辆在不同变速条件下的荷载作用方式;建立车辆连续变速条件下路面材料动态模量的变化规律;利用三维有限元模型分析不同车速和速度变化对沥青路面力学响应的影响,比较采用动态模量和抗压回弹模量的计算结果。实验结果表明:动态模量能较好地反映车辆荷载作用下的路面材料力学性能,较低车速更易导致路面结构的疲劳损伤,而车辆加速度的增加使结构面层内剪应力峰值增长较大,易导致车辙、拥包等剪切破坏。

浇注式沥青混凝土摊铺温度对钢箱梁力学响应及变形效应影响

对浇注式沥青混凝土摊铺温度所造成的钢箱梁应力场及变形特征展开探索。基于瞬态热传导数值模型,分析了摊铺过程钢箱梁结构的应力场分布,并就各结构参数对温度场的影响进行研究,讨论摊铺温度场对铺装层厚度的影响规律。研究结果表明:钢桥面板的变形主要发生于摊铺区,跨中截面变形最大,其竖向最大位移为0.0075m;摊铺边缘的应力最为不利,桥面板主要受纵向应力作用,且峰值均位于横隔板正上方,而横隔板主要承担横向应力作用;摊铺边缘应力复杂,处于该区域的结构在受力上较为不利;温度变形引起的摊铺厚度差呈抛物线分布,模拟值均接近1mm。钢箱梁各结构部件承受不利摊铺温度应力作用,易引起局部稳定性问题,而钢桥面板温度变形引起的摊铺厚度问题也需要重视。

沥青路面三维纹理分形维数及其抗滑性能

研究沥青路面抗滑性能与三维纹理分形维数的关系。成型4种SMA沥青混凝土车辙板,采用数字图像处理技术重构车辙板表面三维纹理模型,实测车辙板表面构造深度检验重构的三维纹理模型的有效性,通过差分盒维数法计算三维纹理模型的分形维数,研究分形维数与抗滑性能的关系。研究结果表明:重构的三维纹理模型在纹理构造特征上以较高精度恢复原沥青路面的表面形貌,计算的分形维数与实测的摆值、构造深度具有良好的相关性,可以较好地表征沥青路面的抗滑性能;构造深度随着分形维数的增加而减小,摆值随着分形维数的增加先减小后增加。

利用陶瓷废料的沥青混合料路用性能及隔热性能

将陶瓷集料等体积替代SMA-13的粗集料（替代率分别为10％，20％，30％，40％和50％）制备陶瓷沥青混凝土；研究不同陶瓷集料掺量下的沥青混合料的路用性能，其中包括马歇尔试验研究，高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能研究，并与SMA-13沥青混合料进行对比；通过室内光照辐射试验测试了陶瓷沥青混合料的降温隔热效果。结果表明，陶瓷集料的掺量不宜超过40％；陶瓷沥青混合料有较好的隔热效果，能有效降低路面结构内部的温度，相对于SMA-13降温效果提高了140％～360％。

橡胶粉掺量对环氧沥青及其混合料性能的影响

通过黏度、拉伸、马歇尔、车辙和低温弯曲试验分析了掺2％～10％（质量分数）橡胶粉的改性环氧沥青及其混合料的性能．结果表明：掺橡胶粉后，改性环氧沥青的容留时间略有缩短，断裂延伸率有所提高，其中掺6％橡胶粉的改性环氧沥青断裂延伸率可达261％；与普通环氧沥青混合料相比，掺2％，4％，6％橡胶粉的改性环氧沥青混合料其高温稳定性能良好，低温脆性均有所改善，且掺4％，6％橡胶粉的改性环氧沥青混合料低温强度较高、变形能力较好．

考虑不平度的桥面铺装动响应分析

从动力学的角度出发,模拟考虑由桥面的不平度引起的行驶车辆的随机动荷载,应用有限元方法分析了铺装层在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律,并与以往的移动恒载作用下铺装层的动力响应和静力响应的分析结果做出比较。分析表明,针对铺装层而言,相邻的两块横隔板的跨中位置为最不利荷载位置;考虑桥面不平度情况下铺装层的最大竖向位移和最大横向拉应力的峰值分别是只考虑冲击系数的移动恒载作用下的1.33倍和1.39倍;讨论了车速的变化对铺装层的最大竖向位移和最大横向拉应力的影响。研究结果为铺装层的混合料和结构设计提供了理论依据,对桥面施工及维护提出了严格要求。

高温浇注环境下钢桥面温度场及温度变形效应分析

采用数值模拟的方法研究浇注式沥青混凝土摊铺时钢桥面摊铺温度场及温度变形效应.建立钢箱梁温度场模型,对浇注式沥青混凝土摊铺过程中钢桥面温度场分布规律进行了数值模拟,拟合出最不利温度荷载公式.根据时空等效原理建立考虑施工过程的温度荷载公式,计算钢桥面板的局部温度变形,并分析其对铺装效果的影响.研究结果表明,摊铺10 min后钢板局部迅速升温至120℃,并在17 min后达到最大温度123℃,此阶段摊铺温度对钢板结构的影响较大;摊铺区域钢板会产生局部温度变形,最大竖向变形达到7.5 mm,使摊铺层局部厚度有偏差,模拟值接近1 mm.

国产环氧沥青混合料抗剪性能试验研究

选取国内研发的7610型环氧沥青为结合料,以最大公称粒径为16 mm的玄武岩为集料,利用单轴贯入试验对不同级配组成的环氧沥青混合料抗剪性能进行了试验研究,并采用正交试验法对不同沥青材料混合料的抗剪性能进行了对比.结果表明,环氧沥青混合料的抗剪性能远优于一般的沥青混合料,对其影响程度较大的因素主要是油石比和4.75 mm粒径通过率.

预应力混凝土路面设计方法研究

对预应力混凝土路面设计进行研究 ,提出设计准则 ,并根据中国国情及交通状况 ,提出有关预应力路面板厚、预应力值大小、纵向预应力筋配置等的设计程序 ;介绍了为减小预应力损失、防止局部受压破坏以及为减小板底摩擦而采取的一些措施 ;讨论了路用材料的选择 ,并介绍了预应力试验路的设计。

Laboratory evaluation of epoxy resin modified asphalt mixtures

The pavement performance of epoxy resin modified asphalt mixtures was investigated by the Marshall test, the indirect tensile test, the rutting test, the three-pointed bending test and the composite beam fatigue test. In comparison with the performance of epoxy resin modified asphalt mixtures, the performance of stone matrix asphalt mixtures （SMA10） was also investigated. The rutting test and composite beam fatigue test results show that the epoxy resin modified asphalt mixtures can improve permanent deformation and fatigue characteristics. They also show lower temperature susceptibility and greater resistance to moisture damage compared to the SMA10. Findings from the research indicate that the epoxy resin modified asphalt mixture provides an optional material for the pavement of long-span steel bridges in China due to profound performance and economic advantages.

橡胶环氧沥青碎石防水黏结层抗剪性能研究

为了研究钢桥面铺装用橡胶环氧沥青碎石(REAS)防水黏结层的抗剪性能,并分析其与桥面坡度及环境温度频繁变化的关系,进行不同剪切角度和不同冻融循环次数的斜剪试验,通过剪切界面正应力与抗剪强度的线性拟合关系计算REAS防水黏结层的黏聚力及内摩擦角,并基于能量法理论对其剪切耗散能进行研究.结果表明:添加橡胶粉的环氧沥青黏结料(EA)体系内形成了新的化学交联和物理缠结,表现出更好的黏结性能、抗变形能力和低温柔韧性;不同的剪切角度及冻融循环次数下,REAS防水黏结层的抗剪强度及剪切位移均大于EA防水黏结层,表现出更好的抗剪性能.同时,REAS防水黏结层的抗剪强度随着剪切角度的增加呈幂函数减小趋势,随冻融循环次数的增加呈抛物线型衰减,5次冻融循环后,REAS防水黏结层的剪切耗散能相对于未冻融循环的剪切耗散能减小了46.0%,说明冻融循环对REAS防水黏结层的抗剪性能影响显著.