水泥乳化沥青混凝土在桥面铺装结构中的力学行为*

逯艳华， 杨 璐， 徐 岩， 朱浮声

(1. 东北大学 资源与土木工程学院， 沈阳 110004； 2. 辽宁省交通工程质量与安全监督局 法规技术处， 沈阳 110005； 3. 沈阳工业大学 建筑与土木工程学院， 沈阳 110870； 4. 沈阳建筑大学 土木工程学院， 沈阳 110168)

1 桥面铺装力学分析

1.1 基本假设

1) 不考虑桥墩与承台的变形；

2) 所有材料符合线弹性假设；

3) 铺装层和桥梁主体一直承受汽车荷载作用；

4) 假设层间粘结良好，无相对滑动；

5) 坐标系方向规定为x轴代表顺桥向，y轴代表重力方向，z轴代表横桥向.

1.2 桥梁概况

抚顺拉白线杨家桥的简支空心板桥共计3孔，单孔跨径为13 m，桥面净宽为9 m，两侧各设0.5 m防撞墙.桥梁上部结构为8片整体装配式带翼缘钢筋混凝土空心板(C30混凝土)，桥面铺装10 cm厚C40混凝土.桥梁下部结构为轻型桥墩和重力式桥台.桥梁上部结构立面图如图1所示(单位：cm).中、边板断面如图2所示(单位：cm).

1.3 车辆荷载模拟与纵横向布载方式

由于桥面铺装的力学分析属于桥梁结构的局部加载，故在有限元计算中的车辆荷载采用《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中所规定的车辆荷载，其立面和平面尺寸如图3所示(尺寸单位为m，荷载单位为kN)，主要技术指标如表1所示.在计算中，采用单向行驶车辆，纵向按跨中产生最大弯矩原则布载.横桥向分别考虑1车道和2车道对称布载.

图1 空心板桥上部结构立面图Fig.1 Facade for superstructure of hollow slab bridge

图2 中、边板断面Fig.2 Cross-sections of middle and edge slabs

1.4 有限元模型建立

1.4.1 材料参数

图3 车辆荷载的立面、平面尺寸Fig.3 Facade and plane size of vehicle load表1 车辆荷载的主要技术指标Tab.1 Main technical indexes of vehicle load

项目技术指标车辆重力标准值/kN550前轴重力标准值/kN30中轴重力标准值/kN2×120后轴重力标准值/kN2×140轴距/m3+1.4+7+1.4轮距/m1.8前轮着地宽度及长度/m0.3×0.2中、后轮着地宽度及长度/m0.6×0.2车辆外形尺寸(长和宽)/m15×2.5

表2 各结构层材料参数Tab.2 Material parameters for each structure layer

1.4.2 有限元分析模型

1.5 计算参数选取

本文对一些参数进行说明，其中，σ3为第三主应力，负值代表压应力；σx为x方向(纵桥向)应力；σy为y方向(竖向)应力；σz为z方向(横桥向)应力；τxy为铺装层层间纵桥向剪应力；τyz为铺装层层间横桥向剪应力.

1.6 计算结果及分析

1.6.1 横桥向单车道对称布载

1.6.2 横桥向双车道对称布载

表3 单车道对称布载时各铺装层层间应力极值Tab.3 Stress extremes between various pavement layers under symmetrical load distribution in single lane MPa

表4 双车道对称布载时各铺装层层间应力极值Tab.4 Stress extremes between various pavement layers under symmetrical load distribution in double lanes MPa

2 铺装结构对桥面铺装受力的影响

2.1 厚度对桥面铺装受力的影响

2.1.1 沥青混凝土层厚度为3 cm的情况

2.1.2 沥青混凝土层厚度为6 cm的情况

2.2 弹性模量对桥面铺装受力的影响

表5 水泥乳化沥青层厚度对铺装结构受力的影响(沥青层厚3 cm)Tab.5 Influence of thickness of cement-emulsified asphalt layer onforce of pavement structure with asphalt thickness of 3 cm

Fig.5Relationshipbetweenthicknessofcement-emulsifiedasphaltlayerandshearstressofpavementlayerwithasphaltthicknessof3cm

Fig.6Relationshipbetweenthicknessofcement-emulsifiedasphaltlayerandcompressivestresswithasphaltthicknessof3cm

表6 水泥乳化沥青层厚度对铺装结构受力的影响(沥青层厚6 cm)Tab.6 Influence of thickness of cement-emulsified asphalt layer onforce of pavement structure with asphalt thickness of 6 cm

Fig.7Relationshipbetweenthicknessofcement-emulsifiedasphaltlayerandshearstressofpavementlayerwithasphaltthicknessof6cm

Fig.8Relationshipbetweenthicknessofcement-emulsifiedasphaltlayerandcompressivestresswithasphaltthicknessof6cm

700、800和900 MPa，研究其弹性模量变化情况对桥面铺装力学响应的影响，结果如表7和图9所示.

表7 水泥乳化沥青混凝土弹性模量对铺装结构受力的影响Tab.7 Influence of elastic modulus of cement-emulsified asphalt concrete on force of pavement structure MPa

Fig.9Relationshipbetweenelasticmodulusofcement-emulsifiedasphaltconcreteandshearstressofpavementstructure

3 结 论

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