钢桥面铺装层间界面特性研究

摘要

钢桥面铺装是通过柔性粘结层将沥青铺装层与钢桥面板粘结在一起的层状复合结构，层间界面的不连续使得行车荷载作用下局部位置会产生较大的拉应力与剪应力，层间粘结力若不足会直接导致滑移脱层等病害，进而使得桥面板受到侵蚀，影响桥梁的结构安全，因此开展钢桥面铺装层间界面特性的研究具有重要意义。本文依托国家自然科学基金项目(50908053，钢桥面铺装的弯曲行为研究：多尺度建模方法)，以环氧沥青钢桥面铺装结构体系为载体，采用理论分析与试验研究相结合的方法，对层间界面及复合结构的力学特性进行了研究，主要开展了以下几方面的工作：
　　 (1)考虑层间粘结状况的钢桥面铺装有限元分析
　　 首先，根据大跨径钢桥环氧沥青混凝土铺装的结构特征，采用ABAQUS有限元软件建立了钢桥面铺装局部梁段有限元模型，采用弹簧单元模拟钢板与铺装层层间不同粘结状况，分析了正常行驶和考虑制动两种状态下铺装层的力学特性；其次，分析了正交异性钢桥面铺装在车轮荷载作用下的局部效应，并选取了两种复合梁分别进行模拟。
　　 (2)构建层间界面粘结滑移本构模型
　　 采用自行加工的夹具装置进行了钢板与铺装层层间剪切试验，根据试验结果统计回归得到了层间界面的剪力滑移τ-S关系曲线，描述了层间界面的受力情况。
　　 (3)复合梁界面特性有限元分析
　　 采用三维非线性组合弹簧单元模拟粘结层，建立了考虑层间粘结滑移的钢桥面铺装复合梁有限元模型，验证了模型有效性，并分析了模型材料参数对复合梁受力变形特性的影响，提出了参数反演方法。
　　 本文研究结果将对进一步探求钢桥面铺装结构真实受力规律及指导铺装材料设计具有一定参考意义。