基于复合梁的水泥混凝土桥面铺装疲劳试验研究

摘要

疲劳开裂是水泥混凝土桥面铺装层在使用过程中所面临的主要病害之一，如何在实验室模拟荷载对水泥混凝土桥面铺装层的作用是桥面铺装领域亟待解决的关键技术问题之一。至今，国内外对水泥混凝土桥面铺装的疲劳特性研究较少，基于抗疲劳的桥面铺装设计理论与方法也未形成。在这种背景下，本文在理论分析的基础上，选用具有耐久性的水泥混凝土桥面铺装层为研究对象，建立带水泥混凝土桥面板的复合梁试验模型，并在此基础上进行试验参数设计研究，最终通过复合梁的疲劳特性研究为水泥混凝土桥面铺装层的设计提供理论依据。
　　 在研究基于最不利应力等效的带水泥混凝土桥面板的复合梁模型方面，首先，分析典型混凝土箱型梁桥在交通荷载下的应力应变特性，得出铺装层的最不利荷载位置以及结构参数与桥面铺装层的受力关系；其次，根据最不利应力等效原理，将车轮荷载作用下水泥混凝土桥面铺装的局部效应转化为简支复合梁进行研究；再次，借鉴共同作用原理，推导得出复合梁模型的跨中挠度与应变等解析表达式；最后，进行复合梁模型仿真分析，验证复合梁模型的有效性。
　　 在复合梁疲劳试验设计方面，首先，进行复合梁各组成部分的材料与配合比设计，并且针对水泥混凝土小梁和环氧沥青的特殊性，对复合梁试件的成型过程进行详细的介绍；其次，研究试验控制方式、试验参数等内容，并确定复合梁疲劳试验的破坏标准。
　　 在复合梁疲劳特性分析方面，结合复合梁疲劳试验数据，首先研究复合梁的模量变化规律；其次研究复合梁在疲劳过程中的能量耗散，计算损伤能耗，通过疲劳寿命与疲劳破坏时的总的累积能耗的关系，建立铺装体系的整个疲劳过程的寿命预测方程。
　　 在基于抗疲劳设计的混凝土桥面铺装设计方法方面，借鉴沥青混凝土路面的设计方法，基于安全寿命设计理念，首先确定以抗疲劳为目的的桥面铺装设计的原则、要求与设计指标，其次，确定了水泥混凝土桥面铺装抗疲劳设计的主要内容与流程图。
　　 本文研究成果对建立水泥混凝土桥面铺装层疲劳设计理论和方法，有效预估水泥混凝土桥面铺装层使用寿命，并制定预防性养护措施等都具有较强的理论意义与应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外铺装层疲劳研究现状与分析

1.2.1 沥青混合科疲劳特性研究

1.2.2 桥面铺装复合体系疲劳特性研究

1.2.3 国内外铺装层疲劳研究现状小结

1.3 本文的主要研究内容与技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

参考文献

第二章 带水泥混凝土桥面板复合梁模型的建立

2.1 混凝土梁桥桥面铺装体系局部受力特点

2.1.1 混凝土梁桥桥面铺装模型

2.1.2 最不利荷位分析

2.1.3 铺装层模量组合研究

2.2 混凝土梁桥桥面铺装局部受力特性的初步等效

2.3 混凝土梁桥桥面铺装复合梁理论模型

2.3.1 理想粘结状态下的复合梁模型理论

2.3.2 复合梁模型的有限元仿真分析

2.4 小结

参考文献

第三章 混凝土梁桥桥面铺装复合梁疲劳试验设计

3.1 复合梁试件的成型

3.1.1 原材料设计

3.1.2 配合比设计

3.1.3 复合梁试件制作

3.2 复合梁疲劳试验参数设计

3.2.1 试验温度

3.2.2 试验加载频率和波形

3.2.3 加载模式

3.2.4 荷载水平

3.2.5 疲劳破坏标准

3.2.6 试验设备与数据采集

3.3 小结

参考文献

第四章 复合梁疲劳试验研究

4.1 复合梁疲劳试验结果

4.2 基于模量损耗的疲劳特性分析

4.3 基于能量耗散的疲劳特性分析

4.3.1 沥青混合料的滞后回路与能耗分析

4.3.2 桥面铺装体系能耗分析

4.4 水泥混凝土铺装体系寿命预测

4.4.1 唯象学模型

4.4.2 耗散能模型

4.5 本章小结

参考文献

第五章 基于抗疲劳设计的混凝土梁桥铺装设计方法

5.1 抗疲劳设计的基本要求与原则

5.1.1 基本要求

5.1.2 基本原则

5.2 混凝土梁桥铺装抗疲劳设计指标的确定

5.3 混凝土梁桥铺装抗疲劳设计的主要内容及流程

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 进一步研究的设想

致 谢

攻读硕士期间发表的论文