高寒地区连续梁桥面沥青混凝土铺装防裂耐久性设计研究

摘要

桥面铺装的开裂不仅影响交通顺畅，还造成巨大的经济损失和不良的社会效益。桥面的开裂破坏是多种原因综合造成的。在高寒地区，严峻的低温条件和短期的骤降温度会使得沥青桥面铺装产生低温缩裂。此外，高寒地区广泛使用的氯盐类融雪剂造成桥面混凝土的剥蚀和桥面内的钢筋的锈蚀，这些加速了桥面铺装的破坏，减弱了桥梁结构的使用性和耐久性。
　　 首先，本文广泛收集国内外相关研究资料，在已有的研究成果基础上，分析了桥面沥青铺装层的低温开裂致因及原理，慨括国内外学者针对沥青路面及桥面开裂的分析和抗裂设计方法。根据路面抗裂常用的玻璃格栅防裂方法、连续配筋混凝土沥青路面设计方法、加筋沥青混凝土抗裂研究方法等，提出玻璃筋增强沥青混凝土桥面铺装的抗裂设计方法。
　　 其次，根据高寒地区特有的环境条件，分析桥面体系在长期的低温条件和骤降的温度条件下的桥面温度场概况，建立桥面体系周期性低温条件温度场模型和骤降温度场模型，分析桥面体系温度发展状况。除了温度环境条件，越来越繁重的交通荷载也是桥面开裂破坏的主要原因。本文利用大型有限元软件ABAQUS建立桥面体系的实体模型，对桥面结构进行静力分析。主要分析桥面体系横纵向的受力最不利位置及超载作用、桥面各层层间粘结性能的影响。
　　 第三，针对高寒地区桥面易于开裂造成耐久性不足的状况，提出桥面耐久性设计的概念。材料的耐久性和合理的结构设计及先进的防裂措施是提高桥面耐久性的主要措施。本文主要分析GFRP筋沥青混凝土桥面铺装的耐久性问题，根据国内外研究现状，指出GFRP筋这类材料的优良的耐寒、抵抗水及盐离子腐蚀的性能。
　　 最后，采用ABAQUS实体建模的方法，建立GFRP筋沥青桥面的实体模型。分析调平层有开缝时桥面铺装的温度应力情况;分析在汽车荷载作用下，GFRP筋的层位设置问题，GFRP筋的合理配置问题，面层有裂缝时桥面应力状况。
　　 本文得到结论，骤降的的温度作用和不利的交通荷载作用会使得桥面产生较大的应力，进而产生开裂。调平层的开裂会使得桥面沥青层产生反射裂缝，GFRP筋能承担桥面较大拉力和阻止表面裂缝和反射裂缝的扩展，增强桥面铺装耐久性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的来源和研究的意义

1．1．1 桥面铺装的类型、作用以及存在的问题

1．1．2 高寒地区桥面沥青混凝土铺装存在的问题及致因

1．1．3 课题的研究意义

1．2 和本课题有关的国内外研究现状分析

1．2．1 高寒地区桥面沥青混凝土铺装防裂耐久性研究现状

1．2．2 加筋沥青混凝土的国内外研究现状

1．3 本文研究的构思及主要内容

1．3．1 本文研究构思

1．3．2 本文研究主要内容

1．4 拟解决的关键问题和创新点

第2章 高寒地区桥面沥青混凝土铺装温度场研究

2．1 沥青混凝土桥面铺装温度场的概述

2．2 沥青混凝土桥面铺装温度场分析的相关理论

2．2．1 研究温度场的常用方法

2．2．2 沥青桥面铺装温度场影响因素

2．3 沥青混凝土桥面铺装温度场计算模型的建立

2．3．1 连续梁桥结构及截面形式

2．3．2 计算模型的假定

2．3．3 模型材料及计算参数

2．3．4 沥青混凝土桥面铺装温度场模型

2．4 沥青混凝土桥面铺装温度场模型计算分析

2．4．1 模型的计算结果分析

2．5 骤变温度作用下桥面铺装的温度场分析

2．5．1 连续降温温度曲线

2．5．2 模型的骤变温度场计算结果

2．5 本章小结

第3章 沥青混凝土桥面铺装层力学性能分析

3．1 桥面铺装受力机理分析

3．2 结构静力分析的基本理论

3．3 沥青桥面铺装力学分析有限元模型

3．3．1 基本假定

3．3．2 有限元模型

3．3．3 荷载模式

3．4 荷载横向作用位置分析

3．5 荷载纵向作用位置分析

3．6 超载情况下桥面铺装层应力分析

3．6．1 超载对沥青桥面铺装层面层拉应力影响分析

3．6．2 超载对沥青桥面铺装层面层剪应力影响分析

3．7 层间粘结性能对桥面铺装受力影响分析

3．8 本章小结

第4章 高寒地区桥面沥青混凝土铺装耐久性设计研究

4．1 沥青混凝土桥面铺装耐久性设计研究的概述

4．2 高寒地区沥青混凝土桥面铺装耐久性不足表现及致因

4．2．1 沥青桥面铺装裂缝

4．2．2 沥青桥面铺装的滑移、松散、坑洞

4．2．3 沥青桥面铺装的车辙、推移

4．3 沥青桥面铺装耐久性的基本要求

4．3．1 规范要求

4．3．2 沥青桥面铺装耐久性的建议要求

4．4 沥青桥面铺装耐久性设计研究

4．4．1 沥青桥面铺装低温开裂的影响因素

4．4．2 沥青桥面铺装材料的优化选择

4．4．3 沥青桥面铺装层结构设计

4．4．4 沥青桥面铺装加铺增强塑料筋

4．5 桥面铺装GFRP筋长期性能

4．5．1 水浸环境对GFRP筋性能的影响

4．5．2 盐化学因子对GFRP筋性能的影响

4．5．3 低温条件对GFRP筋性能的影响

4．5 本章小结

第5章 高寒地区GFRP筋沥青混凝土铺装防裂分析

5．1 沥青桥面铺装材料的四种强度准则

5．2 有限元分析模型

5．2．1 GFRP筋-沥青桥面铺装模型的假定

5．2．2 模型材料特性设定

5．2．3 GFRP筋沥青桥面铺装有限元模型的建立

5．3 GFRP筋-沥青铺装层结构温度应力分析

5．3．1 连续降温温度场拟定

5．3．2 GFRP筋-沥青铺装层结构温度场

5．3．3 GFRP筋-沥青铺装层结构温度应力

5．4 基层开裂对温度应力的影响及加铺筋抗裂效果分析

5．4．1 基层开裂的影响

5．4．2 裂缝宽度的影响

5．4．3 GFRP筋夹层的影响作用

5．5 GFRP筋-沥青铺装层结构荷载应力分析

5．4．1 GFRP筋位置对沥青铺装层荷载应力分析

5．4．2 GFRP筋模量对沥青铺装层荷载应力分析

5．4．3 配筋率对沥青铺装层荷载应力分析

5．6 面层有裂缝的GFRP筋-沥青铺装层结构荷载应力分析

5．7 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文主要工作和结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的项目