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滨州黄河公路大桥桥面铺装研究

作　者: 高雪池
导　师: 黄晓明；王松根
学　校: 东南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 桥面铺装系静力和动力分析最不利荷位纤维增强沥青混凝土结构组合防水粘结层复合梁疲劳试验模型施工工艺
分类号: U443.33
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

滨州黄河公路大桥是目前黄河上唯一一座大跨径三塔斜拉桥,结构受力复杂,沿线交通量大,载重车辆多,所处地区夏季炎热多雨、冬季寒冷,对桥面铺装层性能要求高,桥面铺装质量的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性和桥梁使用的耐久性。本文采用现场调查、理论分析、试验研究和施工工艺与质量技术指标控制相结合的方法,对滨州黄河公路大桥面铺装进行了系统的研究。首先,本文在广泛分析国内外桥面铺装已有研究成果的基础上,提出了滨州黄河大桥桥面铺装的研究内容、方法以及技术路线。其次,在广泛调查了桥面铺装损坏类型及损坏原因的基础上,提出了如何避免类似损坏类型出现的措施。并运用三维有限元方法计算了桥面铺装层在静态车辆荷载不同作用位置下的拉应力(应变)、铺装层内和层间剪应力,确定了桥面铺装层体系受力最不利的荷载位置。通过比较不同厚度与模量条件下铺装层的受力状态,提出合理的厚度与模量范围。将汽车荷载简化为移动均布荷载,分析在不同速度条件下对铺装层内最大应力的影响规律,和在刹车状态下不同水平力系数对铺装层不同深度的水平剪应力的影响规律。通过分析计算结果,确定沥青铺装层和防水粘结层材料设计的拉应力、剪应力控制指标。第三,通过室内试验,系统研究了纤维增强沥青混凝土、SMA和防水粘结层的各项力学性能与路用性能。通过铺装层材料性能比较,选择合适的铺装层材料;并采用复合梁模型试验比较不同铺装层结构组合的疲劳寿命,评价各种铺装层结构的整体抗疲劳破坏能力,确定桥面铺装上下结构层的合理厚度、防水粘结层材料与合理结构组合。第四,本文对铺装层生产配合比设计、施工机械组合、工程质量控制要点等进行了系统的研究,提出施工沥青铺装层时振动压路机对桥梁结构的安全性影响很小,可以正常使用振动压路机;并提出了保证桥面铺装层各层达到质量指标要求的施工指导意见。本论文研究表明,采用高剂量SBS改性沥青作为防水粘结层,SMA-13与纤维增强改进AC-20型沥青混凝土作为铺装层,可以保证滨州黄河大桥桥面沥青混凝土铺装的抗车辙能力、抗水损害能力、抗疲劳能力、界面粘结能力,使桥面使用寿命延长,能够避免桥面铺装的早期破坏问题。本文也为今后系统研究大跨径预应力混凝土桥梁桥面铺装结构形式提供了理论参考和实践支持。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外桥面铺装研究现状  10-15
    1.2.1 工程应用与研究方向概况  10-12
    1.2.2 桥面沥青类铺装材料研究与应用  12-13
    1.2.3 桥面防水粘结层材料研究与应用  13-14
    1.2.4 桥面力学分析研究综述  14-15
  1.3 国内外桥面铺装研究存在的主要问题  15-16
  1.4 主要研究内容和技术路线  16-18
    1.4.1 滨州黄河大桥工程简介  16
    1.4.2 研究的主要内容和技术路线  16-18
第2章桥面铺装损坏类型及原因分析  18-23
  2.1 桥面铺装损坏类型  18-21
    2.1.1 开裂  18-19
    2.1.2 坑槽和补坑  19
    2.1.3 表面变形  19-20
    2.1.4 表面缺陷  20-21
  2.2 桥面铺装损坏原因分析  21-22
    2.2.1 桥面铺装层力学分析  21
    2.2.2 铺装层结构与材料设计  21
    2.2.3 铺装层施工  21-22
    2.2.4 铺装层养护  22
  2.3 本章结论  22-23
第3章桥面铺装体系力学机理分析  23-50
  3.1 桥面铺装计算模型  23-27
    3.1.1 基本假定  23-24
    3.1.2 有限元单元  24-25
    3.1.3 计算参数  25
    3.1.4 荷载模型  25-27
  3.2 桥面铺装静力、移动荷载计算基本理论  27-30
    3.2.1 静力分析基本理论  27-28
    3.2.2 移动荷载运动分析基本理论  28-30
  3.3 静力分析结果  30-44
    3.3.1 桥面铺装层最不利荷位力学分析  30-38
    3.3.2 铺装上下层不同模量组合对铺装层应力的影响  38-41
    3.3.3 沥青铺装各层厚度变化对铺装层应力的影响  41-43
    3.3.4 防水粘结层材料厚度对最大剪应力的影响  43-44
  3.4 移动荷载运行分析结果  44-47
    3.4.1 行驶速度对铺装层内部应力的影响  44-46
    3.4.2 刹车情况下铺装层内部应力分析  46-47
  3.5 计算结果的对比与验证  47-48
  3.6 本章结论  48-50
第4章桥面沥青铺装层材料性能研究  50-63
  4.1 沥青混凝土铺装层原材料选择及级配组成设计  50-55
    4.1.1 铺装层原材料选择  50-52
    4.1.2 铺装层沥青混凝土的材料组成设计  52-55
  4.2 沥青混合料的力学性能试验  55-57
    4.2.1 沥青混合料劈裂试验  55-56
    4.2.2 沥青混合料单轴压缩试验  56-57
  4.3 沥青混合料的路用性能试验  57-61
    4.3.1 沥青混合料的高温稳定性试验  57-58
    4.3.2 沥青混合料低温性能试验  58-59
    4.3.3 沥青混合料水稳定性试验  59-61
  4.4 本章结论  61-63
第5章防水粘结层材料性能研究  63-71
  5.1 防水粘结层材料选择与性能检验  63-66
    5.1.1 防水粘结层材料选择  63
    5.1.2 低温韧性  63-64
    5.1.3 耐热性  64
    5.1.4 粘结强度  64-65
    5.1.5 耐酸、耐碱性  65
    5.1.6 不透水性  65-66
  5.2 室内模拟试验  66-69
    5.2.1 剪切试验  66-68
    5.2.2 拉拔试验  68-69
  5.3 本章结论  69-71
第6章桥面铺装层结构组合研究  71-78
  6.1 铺装层结构组合方案选择  71
  6.2 复合梁疲劳试验模型及方法  71-75
    6.2.1 复合梁试件的选取  71-73
    6.2.2 试件成型  73-74
    6.2.3 复合梁疲劳试验参数  74-75
  6.3 复合梁疲劳试验结果及分析  75-77
  6.4 本章结论  77-78
第7章桥面铺装层施工工艺研究  78-90
  7.1 试验段铺筑  78-83
    7.1.1 铺装材料试验段布置  78
    7.1.2 原材料及配合比选用  78
    7.1.3 防水粘结层施工  78-82
    7.1.4 沥青混凝土铺装层施工要点  82
    7.1.5 施工质量检测  82-83
  7.2 滨州黄河大桥桥面铺装施工  83-89
    7.2.1 振动压路机对桥梁结构的安全影响  83-86
    7.2.2 桥面处理  86
    7.2.3 高剂量SBS 改性沥青防水粘结层施工  86-88
    7.2.4 沥青混凝土铺装层施工  88-89
  7.3 本章结论  89-90
第8章结论与展望  90-92
  8.1 主要研究结论  90
  8.2 主要创新点  90-91
  8.3 需要进一步深入研究的问题  91-92
致谢  92-93
参考文献  93-96
作者简介  96

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