大跨径水泥混凝土桥梁铺装层力学响应分析

为研究大跨径水泥混凝土桥梁铺装层的力学响应特点,建立水泥混凝土箱梁桥、工字梁桥以及三跨连续梁桥模型,在此基础上对铺装层在桥梁整体结构中所产生的应力应变响应进行分析。采用ABAQUS有限元分析软件,建立了桥梁三维有限元整体模型,分别研究了不同厚度铺装层在各种跨径条件下,在车辆荷载和温度荷载作用下的力学响应。研究结果表明:桥梁跨径与铺装层厚度对铺装层力学响应的影响相互独立;大跨径桥梁在车辆荷载作用下将导致铺装层水平拉应力显著增长,而竖向剪应力及层底剪应力则变化不大;温度荷载作用下,桥梁跨径对铺装层温度应力的影响十分有限。因此,在大跨径水泥混凝土桥梁中,应采用具有较强抗拉及抗裂性能的铺装层材料,以保证铺装层的路用性能及使用寿命。

温度荷载作用下连续箱梁桥铺装层力学分析

以安景高速公路黄梨大桥为背景,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了连续箱梁桥三维整体分析模型。分别讨论了降温幅度、铺装材料线膨胀系数、铺装层材料模量以及铺装层厚度等因素对铺装层温度应力的影响。研究结果表明:铺装层力学响应与降温幅度以及材料线膨胀系数呈线性关系;铺装层内最大拉应力以及层底纵向最大剪应力随着铺装层模量的增大而增长;铺装层厚度的增加能小幅改善层底剪应变水平,但同时将导致铺装层拉应力水平的提高。

连续箱梁桥不同厚度铺装层的力学响应分析

应用ABAQUS有限元分析软件整体建模研究了不同厚度铺装层的力学响应变化规律。结果表明:水平荷载对层底剪应力水平影响较大,较厚的铺装层能在一定程度上降低层底剪应力水平。车辆超载、铺装层模量的变化、温度荷载对各不同厚度铺装层力学响应的影响效果接近。较薄的铺装层应提高粘结层的抗剪性能,较厚的铺装层应提高铺装层材料的抗拉强度。桥梁内部最大主应力与最大Mises应力均随着铺装层厚度的增加而呈线性增长,薄层铺装能够在一定程度上改善桥梁受力状况。在实际决策过程中,需要综合考虑力学响应指标与材料实际性能,以达到经济性与功能性双重目的。

薄层沥青混凝土在桥面铺装中的力学响应

采用ABAQUS有限元分析软件,建立水泥混凝土箱梁桥与工字梁桥三维整体有限元模型,分别研究了不同厚度薄层沥青混凝土铺装层在车辆荷载和温度荷载作用下的力学响应,以及铺装层自重对桥梁结构内力的影响。研究结果表明:在车辆荷载作用下,铺装层厚度由4cm增加至12cm时,箱梁桥与工字梁桥铺装层最大竖向剪应力分别增长了约72%与40%,因此,薄层铺装能够降低层内竖向剪应力水平,有利于缓解车辙病害的发展;在温度荷载作用下,铺装层厚度对层内拉应力及层底剪应力的影响并不明显,力学指标基本处于同一水平;在重力荷载作用下,厚度为4cm的薄层铺装相对于12cm的铺装层能够分别降低箱梁桥桥体内部最大Mises应力及最大主拉应力19.62%与17.70%,而对于工字梁桥而言,能够分别降低应力水平13.79%与10.16%,从而改善了桥梁结构受力状况。可见,薄层沥青混凝土应用于桥面铺装具有良好的力学可行性,在综合考虑环境与材料性能的基础上可在实际工程中推广应用。