层间接触状态对桥面铺装结构力学响应的影响研究

2018-02-16李帅

建材与装饰 2018年2期

李帅

（成都龙泉一中）

在查阅相关资料的过程中，了解到我国目前新建桥梁建筑存在的一些病害问题，其中，较为常见的就是沥青铺层推移问题以及拥包问题等，对其实际的原因进行分析，则基本上是由于车辆超载或者是铺装层间间接接触不良导致的。

1 数据分析

在查阅计算资料后，按照车辆荷载采用的《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）对相关路段进行荷载分析，则能初步判断后轴的重力标准数值为149kN，轮胎压力为0.85MPa。不同的结构部位要按照差异化要求进行计算，且精度也存在差异，整合网格划分结构，对尺寸予以标注，则能得出不同的结论[1]。结合我们高中学习的分类讨论的数学思想，要建立差异化分析，不同实体单元和材料进行差异化模拟，得出相关参数为：①沥青铺装上层，厚度为4cm、模量为2200MPa、泊松比为0.25、单元类型为Solid186；沥青铺装下层，厚度为5cm、模量为2000MPa、泊松比为0.25、单元类型为Solid186；混凝土调平层，厚度为8cm、模量为35000MPa、泊松比为0.15、单元类型为Solid185。②梁板结构，模量为30000MPa、泊松比为0.17、单元类型为Solid185；接缝结构，模量为27000MPa、泊松比为0.17、单元类型为Solid185；橡胶支座结构，模量为1550MPa、泊松比为0.49、单元类型为Solid186。③轮胎的胎冠结构，模量为172200MPa、泊松比为0.30、单元类型为WURF154；轮胎的胎侧结构，模量为9870MPa、泊松比为0.30、单元类型为WURF154；轮胎的橡胶结构，模量为1500MPa、泊松比为0.50、单元类型为WURF186，以上数据都是查阅桥面铺装材料参数得到的。通过相关分析，能得出不同参数和运行状态之间的关系。

2 层间接触状态对桥面铺装结构力学响应的影响

（1）轮胎和桥面铺装结构接触面之间的形成的差异化压力，轮胎的轮载借助内壁压力有效实现，若是将轮胎模型放置在桥面铺装结构上，则会得出轮胎和桥面铺装接触形状以及相应的接触状态。在整合相关数据后，我们不难发现，其结构表现出的并不是均匀的圆形，而是存在较为复杂的应力分布状态[2]。也就是说，胎压减少时，整体接地面积就会随之增大，压力峰值就会直接向轮胎的边缘移动。相反的，若是胎压不断增大，则接地面积随之减少，压力的峰值回向中间为位置移动，若胎压一直维持在较为稳定的参数范围内只是对轴重进行分离，则轮胎中部压力不会出现较大的变动。

（2）不同层间接触状态下，基本的沥青铺装上层力学响应数值也存在差异，在公路研究方面，不同的行驶状态会形成不同的摩擦，若是车辆匀速行驶，摩擦系数设定为0.05，则混凝土的调平层和沥青铺装层级结构的摩擦系数会在0.1～0.9之间浮动。在查阅的一些资料和数据中，相关研究人员对各个结构层完全黏结条件下不同应力分布结构也进行了分析。也就是说，黏结结构中两种接触材料会直接合二为一，且不会产生较大的滑动或者是分离现象。总之，在沥青铺装层和调平层之间，若是存在黏结不足，则整体结构的运行效果就会受到制约，不仅会引起沥青铺装上层剪应力增长，也会出现由于剪应力变化产生的失衡型车辙结构。这些都是导致应力推移的重要因素，也是造成拥包等病害问题逐渐增强的原因，需要引起相关部门的高度重视[3]。

（3）不同层间接触状态中，下沥青铺装下层力学响应问题，在对过渡区域进行全面分析时，要对材料性质之间的差距进行处理和整合。若是基本材料之间存在差异，则会出现接触界面刚性冲突问题，若是上层间结构粘结力不足，则界面应力会较为集中，都是影响沥青铺装下结构应力分布的重要原因，需要引起相关部门和道路管理人员的关注，结合实际情况落实更加系统化的处理措施。

（4）部分特殊情况下的沥青铺装层应力分布情况，除了要对一般状态进行分析，也要对受力影响情况和相关参数进行分析。若是绑定完全黏结和摩擦状态，则要有效处理相对滑动问题。完全粗糙是指接触面的摩擦系数为无穷大，就能有效忽略材料的摩擦力，并且能直接求出应力的平均值。另外，在沥青铺装上层剪应力和拉应力不同时，则粘结状态下剪应力最小。

综上所述，车辆的荷载并不是均匀分布的荷载，轮胎的胎压和压力峰值的移动关系有关。另外，混凝土调平层和沥青铺装层之间也存在一定的关系，在层间粘结效果不好时，则会导致桥面的铺装结构也受到明显的影响。