沥青混凝土桥面铺装层在温度和动载作用下的力学响应分析

【摘要】：桥面铺装结构受力分析过程中,需要考虑环境、荷载及材料等因素对其影响,受力分析十分复杂。在进行铺装层力学分析过程中,大多选取整体桥梁局部梁段进行力学分析,因此分析静荷载作用下桥面铺装的受力情况,还要考虑车辆移动荷载动力响应及温度作用下桥面铺装应力和应变。本文总结了国内外沥青铺装层的研究成果,分析沥青混凝土桥面铺装破损及其成因。对桥面铺装的受力情况进行分析,通过对模型的假设以及材料参数的设定,采用ANSYS有限元程序建立了混凝土箱梁三维数值分析模型。采用多组荷载工况,分析了桥面铺装层最不利荷载位置,探讨了沥青材料参数以及层间滑动摩擦对铺装层应力情况的影响;在进行铺装层动力响应分析时,研究了移动恒载和多种荷载工况下桥面铺装层力学响应规律;通过对温度场数值分析,研究高温和低温条件下的铺装层结构应力情况。分析了温度和动载共同作用条件下沥青混凝土铺装层的力学响应。研究表明:在车辆移动荷载作用下,沥青材料厚度变化对铺装层内应力都会产生一定影响,沥青混凝土层模量变化对铺装结构的应力特性影响较小,增大层间滑动摩擦有助于降低铺装层层间应力。在进行不同工况的研究时,发现不同水平力作用下,沥青混凝土铺装层各力学响应都随水平力的增加而增大;在不同的超载作用下,超载比例越大,铺装层层间应力增幅也越大,且呈正比例增长;沥青混凝土铺装层内应力随车速的变化而变化。在分析沥青混凝土铺装层温度场时,铺装层结构中热量的传递存在滞后的现象,且箱梁桥腹板位置处温度变化较为灵敏。依据铺装层材料的热力学参数及环境温度的分析,得到了铺装层各层稳态温度场云图,通过温度场云图能够较直观地获得各层的温度分布状况;将铺装层模拟值与实测值进行对比,发现本论文所采用的温度场对模拟桥面铺装层的实际温度变化规律是可行的。本论文研究在温度作用下混凝土铺装层应力,得到沥青铺装层随铺装层厚度变化时的最大拉应力及剪应力的响应规律。在温度和移动荷载共同作用下其最大拉应力和剪应力均在跨中位置处达到最大。