大跨径钢桥面沥青铺装层裂缝病害分析

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1、一查堕查堂塑．!兰竺堡三j!：—————，————————————_——————●———_—————_—————————●—————————-——————————————一度对桥面铺装进行深八研究．寻求铺装层裂缝的形成及扩展机理，为铺装层设计及进一步研究铺装层破坏提供理论基础是论文的出发点。1．2国内外研究概况最早对钢桥面铺装体系开展研究的是德国，其后美国、英国、丹麦、荷兰、日本以及其它一些国家和地区也先后进行了研究”“。国外学者在钢桥面铺装破坏的力学研究方面取得了一些成果：Yazdallj，Albrechtil51建立随机断裂力学模型研究钢桥的疲劳破坏，运用该模型对三座钢桥进行分

2、析，结果表明．该模型分析钢桥面的疲劳破坏是有效的。Cullimore和Horsington用试验力学方法研究在循环荷载作用下钢桥面板的疲劳裂纹扩展，他们指出，在裂纹生成后，其长度与荷载循环次数之间呈线性关系，同时预测了不同荷载下裂纹的增长率。Beghini，Bertini，Fontanari[”1利用权函数研究各向异性钢桥面板的疲劳寿命，给出不同初始裂纹长度和循环荷载次数下的疲劳寿命，同时还分析了各向异性钢桥面板中残余应力对疲劳寿命的影响。Tsiatas，Palmquistt”1利用AASHTO规范估计全焊覆板的几个实桥的剩余疲劳寿命．并与用线弹性断裂力学原理的预测值。对于实际的超

3、静定性桥梁，他们引入变化的校上E因子。火仓一郎论文中全面阐述钢板疲劳设计观点，列举钢板发生疲劳、龟裂的实例，提出应采取的相应对策。Nishikawa，Murakoshi，Matsuki[181通过介绍日本钢桥疲劳问题的研究现状，提出根据每日过桥重载车辆的数量及现场实洲应力米预测和防治钢桥疲劳损伤的设计方法。Li，Chart，Ko”⋯利用连续损伤力学的方法建立香港青马大桥在行车荷载作用r的疲劳损伤模型，给出累计损伤的动力学本构方程。对于沥青铺装层的疲劳破坏，国外的研究大多集中在沥青路面层年

4、J室内试验方面，有关钢桥面沥青铺装层疲劳破坏的理论研究较少。国内对桥面铺装破坏的研究主要集中在

5、混凝土桥面铺装．对于大跨径钢桥面沥青铺装层的破坏情况研究较少。李闯民、李宁峙⋯1在钢桥模型上进行SMA车IIAC沥青混合料铺装层直道疲劳试验，研究重复加载过程钢桥桥面沥青铺装层应变变化规律，分析了桥面铺装层疲劳开裂性能。沈桂平、曹雪琴⋯1针对广东江北大桥钢桥面结构及铺装层设计情况，计算钢桥面板局部应力，实测获得桥梁荷载谱资料，井采_Hj模拟钢桥面应力的方法进行铺装与钢板结合件的疲劳试验，得出铺装抗裂疲劳承载能力。张起森、朱梦良“”结合厦rj海沧大桥的施工方案，进行六种沥青混合料典型铺装的直道疲劳试验。研究铺袈层应力场分布，回归统计了随轴载作用次数增加，应力应变的变化规律。根据直道疲

6、劳试验结渠，预测了六种典型铺装方案的疲劳寿命。邓学钧等人利用钢桥桥面系统的结构规则性，运用有限条法离散桥面系板，同时用柔度法模拟横隔板对桥面钢板的支撑作用，计算分析不同荷载位置下沥青铺装层顶面拉应变的变化规律，找出铺装层极限受力位置，得山横向拉应变是裂缝破坏的控制指标等结论，据此总结钢桥面沥青铺装层裂缝破坏趋势8“。东南大学钢桥面铺装课题组从钢桥面铺装使用条件I出发，研究了江阴大桥裂缝产生的原因，并分析了超载车辆对钢桥面铺装开裂的影响。然后结合有限元分析方法进一步论述裂缝产生后，桥面铺装受力特性的变化，同时结合润扬大桥钢桥面铺装需要，对防水粘结层进行理论分析建立了实体单元研究粘结层

7、自身特性(模量、厚度等)对铺装层受力的影响”。“。但是对于裂缝的研究，由于是建立在弹性力学的基础上，并没有反映出裂缝尖端应力场的特性，并且无法预测出裂缝在沥青铺装层中的进一步扩展趋势。对于防水粘结层采用的实体单元不能反映出粘结层既非完全光滑又非完全连续的接触状态。随着我国大跨径桥梁的大规模建设，钢桥面沥青铺装层的开裂破坏问题日益受到国内研究者的关注，然而现有的桥面沥青铺装层裂缝力学分析都是建立在弹性力学基础上。弹性力学假定整个构件的体积都被组成这个构件的介质所填满，不留下任何空隙，这些构件内的一些物理量如位移、应力等才是连续的，进而才可能用坐标的连续函数来表示它们的变化规律【24】

8、。应用弹性力学分析一般的路面结构都是可行的，但是由于沥青铺装层存在裂缝等损坏现象，使得铺2第一章绪论裴结构成为不连续体。在这种情况一F，应用基于连续假定的弹性力学分析裂缝尖端的应力是无限大的，这显然是不正确的。因此．要从本质上反映裂缝尖端应力场特性和认识裂缝在沥青铺装层中的扩展规律，就必须引入新的概念及相应的理论。断裂力学是研究含裂缝的构件在各种环境下裂缝的平衡、扩展和火稳规律，以及其强度的一门学科，应H{断裂力学分析反射裂缝问题，概念简单明确，具有较好的应川前景““