瀝青混凝土橋面鋪裝早期病害原因分析2

　　4橋面鋪裝設計方法的討論

　　目前關于橋面鋪裝的研究還很不成熟，并且現(xiàn)有研究主要集中在材料設計和鋪裝技術等方面，而關于理論分析和結構計算的研究很少。

　　羅立峰[5]等人將橋面板簡化為正交異性的彈性小撓度薄板，將鋪裝層簡化為各向同性的大撓度薄板，并假定兩板之間相對滑動，完全沒有摩阻力且沒有脫空現(xiàn)象。在此基礎上提出了橋面鋪裝的平衡微分方程，并以豎向變形為主要控制指標。張占軍[8，10]等人以彈性層狀體系為理論基礎，用三維有限元的方法對水泥混凝土橋面柔性鋪裝的層間剪應力進行了計算和分析。并通過對瀝青類橋面鋪裝層的破壞現(xiàn)象的分析，發(fā)現(xiàn)使用摩爾___庫侖理論來確定鋪裝厚度是比較合適的，即以橋面板與瀝青鋪裝層之間的層間剪應力為控制指標，要求其不超過層間抗剪強度。另外，還結合防水層、平整度、施工工藝和車轍指標的要求，提出了橋面瀝青鋪裝層厚度的計算方法。張占軍[11]等人用有限元的方法對設防水層的水泥混凝土橋瀝青鋪裝結構的層間剪應力的計算進行了分析，討論了防水層的厚度、模量、泊松比、瀝青混凝土鋪裝層厚度和模量等參數(shù)對結構層層間剪應力的影響。認為層間最大剪應力主要取決于面層厚度和防水層模量;在防水層模量相同的情況下，增加面層厚度是降低層間剪應力的最有效手段。合理的控制指標是進行結構設計的重要依據(jù)，也是此課題今后要重點研究的一個方面。

　　從現(xiàn)有的結構分析方法看，主要是用三維等參元模型進行分析，目前較多采用的是三維八結點和二十結點單元。

　　合理的有限元模型是計算分析的前提，從目前的研究狀況來看，主要有如下幾個方面急需探討。

　　對于橋面鋪裝，如何假設及模擬層間接觸狀況是有限元建模一個很重要的問題。對于不設防水層的情況，可以借鑒復合路面的處理方式。胡長順[12]等人在進行復合路面結構分析時，利用各向異性線彈性理論和三維有限元的方法，構造了一種正交各向異性接觸模型，模擬板與地基之間的接觸情況。黃曉明[13]和劉玉榮[14]等人分別在對舊水泥混凝土路面混凝土加鋪層和水泥混凝土瀝青混凝土復合路面進行力學計算時，接觸面采用了Goodman夾層單元模型模擬既非完全連續(xù)又非完全光滑的接觸狀態(tài)。Goodman模型是由Goodman等人最先提出的用于模擬巖體節(jié)理的一種特殊單元，將它運用于夾層即為夾層單元。夾層單元由兩個面組成，兩個面之間假想由無數(shù)微小彈簧連接，單元厚度假定為0，每片接觸面有4個結點，一個單元共有八個結點，是一種二維單元。對于設防水層的情況，實際施工中防水層的厚度在2～5mm之間，一般約為3mm.由于防水層的厚度很薄，有的學者將其簡化為一種接觸條件來處理，黃曉明[15]和黃衛(wèi)[16]等人在對設有防水層的鋼橋橋面鋪裝層進行力學分析時，同樣采用了無厚度的Goodman夾層單元來模擬防水層的作用，夾層單元與相鄰的夾層單元或鋪裝體單元之間，只有結點處有力的聯(lián)系。張占軍等人在文獻[11]里在計算水泥混凝土橋瀝青混凝土鋪裝結構的層間剪應力時考慮了防水層厚度。胡長順[17]等人在利用有限元法對有裂縫夾層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層進行力學計算時，對有一定厚度的夾層直接使用三維等參元劃分單元，而對于土工織物這一類的無厚度夾層，則根據(jù)薄膜問題的物理方程與幾何方程推導4結點矩形單元，建立單元剛度矩陣，進行力學分析。

　　總之，如何模擬層間接觸狀況，特別是如何考慮防水層的影響，是建立合理有限元模型的一個關鍵問題，是研究鋪裝層結構設計理論的一個重點。要采取理論計算與試驗分析相結合的方法，將計算結果與試驗和實測結果相對比，尋找一種與結構實際受力吻合的模型。

　　橋面鋪裝層是一種特殊的路面結構，如何合理簡化荷載模型，以及如何進行橫向和縱向布載，也直接關系到計算結果的精確程度。文獻[8，10，11]中在計算剪應力時參照路面設計中的荷載模型，荷載參數(shù)為BZZ-100，p=0.7MP，δ=10.65cm，水平荷載與垂直荷載同時考慮。黃曉明在文獻[15]中，則對不同的橋跨截面在橫向不同位置進行布載，找出最不利的荷位。只有將橋梁結構分析和路面理論結合起來，才能較好的解決這一問題。

　　另外需要研究的一個重要問題是，橋梁在荷載作用下產(chǎn)生撓度及其它形變，這些因素對鋪裝層的力學特性有何影響，如何考慮這些影響，這也是橋面鋪裝不同于一般復合路面的一個方面。目前，國內(nèi)還沒有專門針對這方面的討論。

　　合理解決橋面鋪裝問題需要從理論分析和結構計算兩方面入手，正確的理論基礎是根本，合理的力學模型是關鍵。通過計算分析與實測對比，較好的解決如上述的接觸模型、荷載簡化等問題，搞清其它因素的影響;還要加強對模型尺寸及收斂條件的研究;在條件允許的情況下，加強對其動力性能的研究。在分析鋪裝層破壞形式的基礎上，確定關鍵因素，提出控制指標并建立相應的破壞準則，為設計提供依據(jù)，要達到這一目標需要做大量的基礎性研究工作。 設為首頁

　　5小結

　　本文對鋼筋混凝土橋柔性橋面鋪裝的早期病害及其原因進行了分析與研究，總結了當前國內(nèi)橋面鋪裝結構分析的主要方法，提出了用有限元分析需要注意的一些問題，指出了今后主要的研究方向。

　　當務之急是加快對瀝青混凝土橋面鋪裝的進一步研究，以明確橋面鋪裝層各結構層計算模型、力學特性及相關參數(shù)，為橋面鋪裝的設計提供指導;同時，加強對各鋪裝層材料的材料性能指標和測試技術的研究，開發(fā)適應橋面破壞機理的新材料;另外，還要改進鋪裝技術及提高施工質(zhì)量，保證設計模型的準確性，從根本上解決橋面鋪裝早期損壞問題。

?二級結構工程師

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