板梁橋面鋪裝受力特性分析.pdf

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1、◎s一?G—s一板梁橋面鋪裝受力特性分析趙旭(上海城建高速公路管理有限公司，上海201616)摘要：針對目前板梁橋面鋪裝極易破壞的特征．建立橋面鋪裝有限元模型進(jìn)行力學(xué)分析。結(jié)果表明：瀝青層厚度的增加會增大瀝青層底剪應(yīng)力；水泥混凝土調(diào)平層厚度的增大會減小水泥?昆凝土調(diào)平層層底壓應(yīng)力及橋面板底拉應(yīng)力。以瀝青層底剪應(yīng)力及橋面板板底拉應(yīng)力為主要控制指標(biāo)．改變鋪裝厚度組合，結(jié)果表明：4cm瀝青混凝土鋪裝+12cm水泥混凝土調(diào)平層的橋面鋪裝具有最優(yōu)的受力特性。關(guān)鍵詞：橋面鋪裝；瀝青混凝土；力學(xué)分析0引言目前國內(nèi)板梁橋面鋪裝普遍采用8cm瀝青混凝土+8cm水泥混凝土調(diào)平層的組合結(jié)構(gòu)形式，但由于水泥

2、混凝土調(diào)平層較?。畡偠刃?。導(dǎo)致橋梁接縫極易破壞。國內(nèi)外許多學(xué)者在板梁橋面鋪裝方面也進(jìn)行了大量研究，吳迅指出，鋪裝層能有效地增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，起到“平均”分配荷載的作用川；陸進(jìn)祥指出所以橋面現(xiàn)澆層越厚，橋梁整體性及承載力均有一定的提高嘲；部分學(xué)者分析了厚度、配筋率等影響鋪裝層剛度的因素在橫向分布中的作用∞’c；朱天同建立有限元模型，分析了瀝青鋪裝厚度及模量對鋪裝層層底剪應(yīng)力的影響I5I。由上述分析可知國內(nèi)學(xué)者對水泥混凝土橋面鋪裝的研究主要集中在瀝青鋪裝層上，較少從橋面鋪裝整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行深入分析。本課題采用Abaqus有限元建立三維模型，重點研究瀝青鋪裝層與鋼筋水泥混凝土調(diào)平層厚度的改變

3、對鋪面各層的應(yīng)力應(yīng)變影響量．通過分析找出面層最佳厚度比來指導(dǎo)現(xiàn)場橋面養(yǎng)護(hù)維修。l有限元模型的建立1．1模型的建立在ABAQUS／CAE中建立幾何模型，根據(jù)實際需求對模型做一定的簡化，不僅能節(jié)約計算成本還能提高分析的可靠性。建立圖l所示的模型，從上到下依次為8cm瀝青混凝土層、8cm鋼筋水泥混凝土層、1．om寬標(biāo)準(zhǔn)空心橋面板和橡膠支座?？紤]到鉸縫是橋面系的薄弱部位，會對整個面層受力產(chǎn)生較大的影響，因此在分析中有必要建立鉸縫模型，采用了兩塊橋收稿日期：2016一03—1728上踢么贍N0．22016面板+一個鉸縫的形式。圖l幾何建模1．2材料及相互接觸屬性部件材料屬性的選取是有限元建模的

4、難點，材料屬性選取得當(dāng)才能反映出真實的受力狀況。瀝青混凝土層和橡膠支座層采用線彈性模型。鉸縫是橋面系的薄弱部位，為了盡可能真實的反映出水泥混凝土材料的塑性，采用當(dāng)前比較理想的混凝土塑性損傷模型。鋼筋水泥混凝土調(diào)平層和橋面板是由鋼筋和水泥混凝土構(gòu)成的復(fù)合模型[6]。模型各部件所賦予的材料屬性見表1。表l材料屬性部件材料模型模型參數(shù)彈性模量：1500MPa泊松比：0．35密瀝青混凝土層線彈性模型度：2450kg／m3鋼筋水泥混凝土層當(dāng)量彈性模量當(dāng)量值：1loGPa泊松比：o．2密100cm橋面板復(fù)合模型度：2500kg／m3混凝土塑性密度：2400kg／m3、彈性模量：26480MP8鉸

5、縫泊松比：0．167、膨脹角：15偏心率：o．1fb0／損傷模型fco：1．16K：o．6667、黏性參數(shù)：o彈性模量：329MPa、泊松比：o．3、密度：2橡膠支座線彈性模型000kg7m3荷載選用半徑為11．45cm的雙輪圓形均布荷載，壓強(qiáng)為o．79MPa，兩輪中心間距為34．35cm。假定瀝青混凝土層和水泥混凝土層、水泥混凝土層和橋面板層、橋面板和鉸縫接觸面、橋面板層和支座接觸面之間都是完全連續(xù)的綁定約束；支座底部為完全約束，模一s一?一s◎型四周為位移約束，模擬橋梁的最佳狀況。2最不利荷位的確定模型為簡支結(jié)構(gòu)，沿縱向方向，當(dāng)荷載位于中央位置時，中央斷面應(yīng)力應(yīng)變最大，產(chǎn)生最大彎

6、沉值，因此縱向的最不利位置為中央部位。但是橫橋向位置由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜沒有這個規(guī)律，需要通過試算確定。將荷載施加在跨中位置，左輪圓心位置距橋面左側(cè)依次為0．2m、0．4m、O．6m、O．8m、1．Om、1．2m、1．4m。依次計算橫橋向不同荷位材料各層底在輪隙中點位置處的應(yīng)力值，結(jié)果見表2。表l不同荷位下各結(jié)構(gòu)層層底在輪隙中點位置處的應(yīng)力值MPa左輪巾心到左側(cè)距離／m結(jié)構(gòu)層0．2O．4O．6O．811．2l_4瀝青層O．048一O．048一O．056一O．055一O．04jO．036一O．037調(diào)平層一O．167一O．132一O．127—0．1j4一O．1j6O．194一O．138橋面板1

7、．29l1．2661．2051．1891．2091．2691．290從表1可見，8cm的瀝青層和8cm的鋼筋水泥混凝土調(diào)平層都處于水平方向為受壓狀態(tài)，而橋面板處于受拉狀態(tài)，在設(shè)計時應(yīng)該控制橋面板板底的拉應(yīng)力。當(dāng)荷載位于兩側(cè)時，拉應(yīng)力達(dá)到最大值，為最不利荷位。因此在下面分析中，將荷載施加在跨中，左輪中心距左側(cè)o．2m位置處。3橋面鋪裝受力特性分析3．1瀝青層厚度對層底應(yīng)力的影響分析改變?yōu)r青層的厚度來看各結(jié)構(gòu)層層底應(yīng)力的變化規(guī)律。原鋪裝瀝青層的厚度為8cm，考