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高强轻质混凝土钢桥面铺装结构层的参数分析

曹玉贵  
【摘要】: 钢桥面铺装是桥梁工程的一项高难度的关键技术,一直受到国内外学术界和工程界的高度重视与关注。从国内外的研究和桥梁的建设情况来看,钢桥面铺装层一般在通车1-2年内就普遍出现推移、拥包、开裂等病害,严重影响了桥梁的使用性能,因此,有必要从桥梁结构特性入手,分析钢桥面铺装层的力学特性与铺装层结构的相关参数的对应关系,从而为铺装层的设计提供理论依据。 本文在总结中外学者研究成果和外国设计规范的基础上,结合我国大跨度正交异性钢箱梁的桥面铺装的工程实践,采用有限元理论,系统的对高强轻质混凝土铺装层的钢桥面铺装结构和沥青混凝土钢桥面铺装结构的力学性能进行对比分析,并据随机变量与自变量之间的多元线性回归数学模型对铺装层力学参数指标进行线性回归,得到铺装层结构应力值的回归公式。具体的说,本文主要进行了以下几个方面的工作: (1)研究了钢箱梁桥面铺装在桥梁工程结构中的发展历史、应用现状、以及存在的关键技术问题,阐述了钢桥面铺装层破坏的主要形式及产生破坏的原因; (2)利用本课题组研究的新型高强轻质混凝土钢桥面铺装层结构与目前通用的沥青混凝土钢桥面铺装结构进行对比分析。在水平和竖直状态作用下,铺装层结构(Ⅰ)都比铺装层结构(Ⅱ)的最大拉应力小0.4Mpa,而且铺装层结构(Ⅰ)的底面剪应力也相对较小,证明高强轻质混凝土钢桥面铺装层结构能够有效的解决桥面铺装层中出现的推移、拥包等问题; (3)采用有限元的计算方法,分别从铺装层厚度、剪力件直径、钢筋网的布置方式以及剪力件的布置方式等方面,对新型铺装结构进行受力分析,结果表明:刚性下面层厚度为6cm,沥青上面层厚度为2cm,剪力件直径为12mm,钢筋网间距为150mm的铺装结构可以显著降低铺装层与钢板间的剪应力、铺装层表面的拉应力。 (4)探讨了在不同荷载状态作用下,铺装层结构的力学指标参数,并提出了铺装层表面拉应力及铺装层底面剪应力的拟合公式: ln(σ_(qx))=-1.3811ln(T_q)-0.0097ln(d_q)+0.0062ln(J_q)+0.0064ln(G_q)+17.187 ln(σ_(qy))=-0.5798ln(T_q)-0.0044ln(d_q)+0.0013ln(J_q)-0.00161n(G_q)+14.1657 ln(τ_q)=-0.0427ln(T_q)-0.0077ln(d_q)-0.001ln(J_q)-0.0002ln(G_q)+12.5557这可以简捷、有效的对新型钢桥面铺装层结构应力值的进行计算。 本文的分析结果可以用于桥梁和桥面铺装层的设计,也可以为进一步分析桥面铺装问题提供理论参考。


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