正交異性鋼橋面—PC薄層組合鋪裝體系研究

摘 要：為了綜合解決鋼橋面疲勞開裂和鋪裝層易損壞兩大棘手問題，本文提出薄層活性粉末混凝土（RPC）鋼橋面組合結(jié)構(gòu).正交異性鋼橋面鋪裝有限元模型計(jì)算結(jié)果表明：相對于柔性鋪裝，組合鋪裝體系中鋪裝層最大拉應(yīng)力、剪應(yīng)變、豎向位移降幅分別為54.8%，78.9%和39.1%；組合鋪裝體系結(jié)合面抗剪試驗(yàn)及鋼橋面RPC懸臂梁抗拉疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：在高溫（60 ℃）不利條件下，RPC與瀝青磨耗層界面抗剪強(qiáng)度為1.3 MPa；RPC與鋼板抗剪栓釘承載力為66.75 kN；在拉應(yīng)力幅值7.5～14.5 MPa條件下，鋼橋面RPC懸臂梁承受200萬次疲勞荷載沒有出現(xiàn)裂縫.研究結(jié)果顯示，薄層組合橋面鋪裝體系，有效降低了鋪裝體系應(yīng)力應(yīng)變幅值以及局部豎向變形，且鋪裝層各結(jié)合面抗剪強(qiáng)度可以滿足使用要求.

關(guān)鍵詞：鋼橋；橋面鋪裝；活性粉末混凝土；組合結(jié)構(gòu)；力學(xué)計(jì)算；室內(nèi)試驗(yàn)

中圖分類號： U443.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

從圖5中可看出，下層模量從1.5 GPa增大至40 GPa，鋪裝上層最大拉應(yīng)力、下層最大拉應(yīng)變、上層最大剪應(yīng)變、下層最大剪應(yīng)變的降幅依次為54.8%，60.9%，4.6%和78.9%.這表明：隨著下層模量的增大，鋪裝體系剛度隨之提高，受力狀況得到了顯著改善，從而降低了鋪裝層的應(yīng)力應(yīng)變水平；另一方面，瀝青上面層剪應(yīng)變對下層材料模量不敏感，所受到的剪切作用與下層材料模量關(guān)系不大.

圖6 顯示，模量比從1增加到26.7，即下層模量從1.5 G Pa增大至40 GPa，鋪裝層表面最大豎向位移從1.667 mm降低到1.015 mm，降幅為39.1%.

以上力學(xué)分析表明，剛度大的鋪裝下層能有效減小鋪裝層頂局部豎向位移，降低整個鋪裝體系應(yīng)力應(yīng)變幅值；下層采用模量為40 GPa的RPC材料，有利于對行車荷載的擴(kuò)散作用，削弱荷載的局部效應(yīng)，減小鋪裝層表面的最大拉應(yīng)力，從而大大降低鋪裝層的疲勞開裂以及超載作用產(chǎn)生的一次性斷裂破壞的風(fēng)險(xiǎn).

鋼橋面鋪裝主要破壞形式為鋪裝層及鋼結(jié)構(gòu)疲勞開裂、鋪裝層脫層、滑移等.本文選取拉應(yīng)力（應(yīng)變）、剪應(yīng)力（應(yīng)變）、豎向位移等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析與研究，重點(diǎn)關(guān)注鋪裝結(jié)構(gòu)橫橋向及順橋向的拉應(yīng)力（應(yīng)變）、剪應(yīng)力（應(yīng)變）.本文進(jìn)行了各個力學(xué)指標(biāo)的最不利荷位分析，將圖3中4個車輪布置在有限元模型上，考慮的荷位分為2種情況：順橋向荷位、橫橋向荷位，如圖4所示經(jīng)計(jì)算，順橋向荷位I和橫橋向荷位②是最不利荷位，下文力學(xué)計(jì)算結(jié)果均在最不利荷位下取得.