水泥混凝土桥沥青铺装层力学分析与设计

目前，桥面铺装层结构破坏已成为高等级公路主要病害之一，严重影响了 行车安全与舒适性，造成了巨大的经济损失。为此，本文结合湖北省交通厅科 技项目“桥面铺装材料组成及结构设计研究”，以抑制或减少铺装层病害的发生， 改善铺装层的服务质量为目标，对此展开了系统的分析和研究。 首先，研究总结了国内外关于水泥混凝土桥沥青铺装层的研究概况，并对 省内水泥混凝土桥沥青铺装层进行调查，针对桥面铺装层的主要病害类型，进 行了原因分析，并提出了铺装层相应的设计控制指标。 其次，采用有限元分析软件，建立几种典型结构形式的水泥混凝土桥梁力 学分析模型。其中，充分考虑铺装层与桥面板问的连续状态，引入层间连续状 态模拟层，通过计算分析，确定了模拟层部分连续状态计算参数，使得计算模 型更加合理。之后，对铺筑于上述各典型桥型的桥面铺装层进行了受力特性分 析。结果表明：车辆荷载作用位置以及桥梁结构形式对桥面铺装层内力的影响 十分有限。基于该结论，为使后续的分析简便化并具备普遍意义，本文将各桥 梁模型统一，并进行修正和检验，建立了水泥混凝土桥沥青铺装层的统一分析 模型。 再次，采用前述统一分析模型，并以桥面铺装层各病害类型的设计控制指标 为分析对象，探索其沿铺装层厚度方向的分布规律，明确桥面铺装各结构层的 层位力学分工，对其选材提出相应的功能要求。同时，分析了铺装层结构和材 料参数的变化对铺装层抵抗各种病害性能的影响，总结出避免或减少桥面铺装 层病害的材料和结构方面的技术措施和原则。 最后，根据铺装层层位分工论，并针对当前桥面铺装层设计中，结构组合设 计材料组成设计存在脱节的现象，提出了沥青混凝土铺装层结构与材料统一的 设计方法。同时，结合工程实际以及前述的技术措施和原则，拟定各种桥面铺 装层材料和结构组合形式，并通过计算分析；最终确定了抗病害性能较佳的桥 面铺装层结构组合形式。