中小跨径钢桥面沥青柔性铺装层剪应力分析.pdf

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1、器桥梁工程BddgeEngineering中小跨径钢桥面沥青柔性铺装层剪应力分析傅静刚1。陆青清2(1.温州市市政工程建设开发公司,浙江温州325000;2.上海公路桥梁(集团)有限公司,上海200023)摘要:借助有限元分析软件,分析了不同工况下钢桥面沥青柔性铺装层内的最大剪应力值以及剪应力沿铺装层深度方向的变化规律。通过计算分析发现,沥青铺装层内的最大剪应力为普通路面的1.3~2.45倍;铺装层内的最大剪应力发生位置与荷载所处位置有关,如果该处桥面板受到加劲肋大强度支撑以及变形挠度较小时。其最大剪应力出现在铺装上层,反之则相反。关键词:桥梁;中小跨径;钢桥面铺装;剪应力

2、:有限元中图分类号:U443.33文献标志码:B文章编号:1009—7767(2015)01-0064—04ShearStressAnalysisofAsphaltFlexiblePavementontheSteelDeckofSmallorMediumBridgeFuJinggang,LuQingqing中小跨径钢桥.一般指跨径在20~'40m的钢桥,其沥青铺装层直接铺设在正交异形钢板上.由于正交异形钢桥面板柔度大,在车辆荷载作用下,桥面板局部变形大且复杂。加劲肋在增加桥面刚度的同时,也带来了钢桥面板的局部应力集中,这导致铺装层受力的复杂和恶劣。因此,对中小跨径钢桥面铺装

3、层进行受力分析,材料的选择以及控制参数的提出都是非常必要的。路面设计中不考虑剪切强度的控制是其重要缺陷之--[”.众所周知。钢桥面柔性铺装层内剪应力大小远超过一般路面.因此对钢桥面柔性铺装材料进行剪切强度的控制更为重要。设计中控制路面的剪切性能包括两个方面:一是从路面结构设计的角度控制剪切应力;二是从沥青混合料的角度控制其强度。当然,对于钢桥面混合料设计中控制铺装层剪切性能的主要因素还有防水黏结层的黏结效果。因此。对钢桥面柔性铺装层进行剪应力分析,可为中小跨径钢桥面沥青铺装材料的设计、控制与研究提供有效的评判依据。1参数选定与模型的建立以瓯海大道综合交通枢纽快速集散系统工程

4、中正交异性板钢箱梁钢桥为计算模型,其横断面一般构造见图1。为研究分析方便,钢桥面的铺装层选取单一64啼荭投木2015No.1(Jan.)V01.33结构,模量为1600MPa,泊松比为0.35,铺装层厚度80mm。桥梁各部件的参数与尺寸同上,荷载为标准轴载,不考虑横向与纵向作用力的影响。虱I钢桥横断面一般构造图钢桥面宽为8.2m。钢板一共含有12个梯形加劲肋,尺寸为240mmxl70mmxl2mill,相邻两肋间距0.6m,相邻横隔板间距3in。桥面板厚度为14mm。横隔板和腹板的厚度均为12mm。钢板、横隔板、梯形加劲肋均采用16MnQ钢,弹性模量E=210GPa,泊松比

5、为0.3。根据“圣维南”定理。建立有限元局部分析模型.取钢板宽4m,长7m,钢板含有6个梯形加劲肋。钢桥面铺装体系分析模型见图2。从图2可以看出,其横截面是轴对称图形.依据正交异形钢桥面板在行车荷载作用下具有极强的局部化特性【2。51,以及腹板附近应力集中的特性。笔者根据荷载是否在腹板附近,建立了2种模型。分别进行分析计算。图2钢桥面铺装体系分析模型2荷载和计算工况的选择根据未来瓯海大道综合交通枢纽中的车辆类型.采用汽一超20重车作为该次研究荷载。由于铺装层的最不利位置位于轮胎轮迹附近,因此为了简化计算采用双轮矩形荷载模式,见图3。卜o.2叫2lo.2叫桥梁工程器Bddge

6、Engineedng图5纵向临界荷位布置应力的值随加载工况的不同,最大差值为87.4%。与常规路面结构层内最大剪应力值相比。钢桥面铺装层内的最大剪应力值为前者的1.3~2.45倍。因此钢桥面铺装层更容易因混合料抗剪能力不足而产生各种病害。图3等效双轮均布荷载平面图(m)表1不同工况下铺装层内最大剪应力MPa鉴于钢桥铺装体系横截面为轴对称图形.因此对横桥向加载的位置对应2种铺装体系分析模型共分6个荷位,见图4。m荷位3呷荷位2唧荷位1唧荷位6m荷位5m荷位4腹板图4横向临界荷位布置在纵向上铺装层的受力状态受横隔板的影响很大。因此纵向加载的位置取端点横隔板上方、两横隔板112处

7、(荷位b)、两横隔板1/4处(荷位C)及中间未加约束横隔板处(荷位d),见图5。3计算结果分析3.1不同工况下钢桥面柔性铺装层最大剪应力对不同工况下铺装层内的最大剪应力进行计算,结果见表1。从表1可以看出,钢桥面铺装层内最大剪0.3080.3230.2960.2940.2970.2990.4150.4590.37l0.5510.5230.3770.3980.4340.3610.5100.3370.3740.3270.4290.3540.4130.3350.3223.2钢桥面最大剪应力沿铺装层深度方向的变化关系纵向荷

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