淺談橋面瀝青鋪裝層厚度變化對鋪裝層受力的影響分析

王偉霞

(黑龍江省公路勘察設計院)

在行車荷載作用下，橋面鋪裝層的主要破壞形式有兩種:(1)鋪裝層內部產生較大的剪應力，引起不確定破壞面的剪切變形;(2)由于鋪裝層與橋面板層間結合面粘結力差，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上產生相對位移發(fā)生剪切破壞。

運用ABAQUS 有限元模型，對裝配式空心板橋瀝青混凝土鋪裝層內的應力狀態(tài)進行分析，考慮鋪裝層厚度的變化對裝配式空心板橋橋面鋪裝層受力的影響進行分析。

為了分析厚度變化對鋪裝結構應力的影響，分別采用6 cm，8 cm，10 cm，12 cm，14 cm，16 cm 的面層厚度來進行計算分析。在計算過程中，瀝青混凝土及橋面水泥混凝土材料參數取值見表1 所示。

表1 材料參數表

(1)不同瀝青混凝土面層厚度下，瀝青混凝土面層內主應力、正應力及剪應力值如表2 所示及圖1、圖2 和圖3 所示。

表2 瀝青混凝土鋪筑層應力隨厚度變化值

圖1 瀝青鋪裝層主應力隨厚度變化圖

圖2 瀝青鋪裝層正應力隨厚度變化圖

圖3 瀝青鋪裝層剪應力隨厚度變化圖

從表2 和圖1、圖2、圖3 中可以看出:

隨著鋪裝層厚度的增加，瀝青混凝土面層內的第一主應力逐漸減小，當瀝青混凝土鋪裝層厚度由6 cm 增加到16 cm時，第一主應力增加了55.9%，可見，增加鋪裝層厚度對面層內第一主應力非常有利;隨著鋪裝層厚度的增加，各向正應力均有所減小，平均減少約50%;隨著鋪裝層厚度的增加，縱向剪應力最大值與橫向剪應力最大值均呈下降趨勢，在所有的厚度下瀝青鋪裝層的縱向剪應力均大于瀝青鋪裝層的橫向剪應力。隨著鋪裝層厚度的逐漸加大，瀝青鋪裝層的最大縱向剪應力逐漸減小。

(2)水泥混凝土鋪裝層內主應力、正應力及剪應力如表3 及圖4、圖5 和圖6 所示。

表3 水泥混凝土鋪筑層應力隨厚度變化值

圖4 水泥混凝土層主應力隨瀝青層厚度變化值

圖5 水泥混凝土層正應力隨瀝青層厚度變化值

圖6 水泥混凝土層剪應力隨瀝青層厚度變化值

從表1 和圖4、圖5、圖6 中可以看出，裝配式空心板橋水泥混凝土層的各應力隨著瀝青鋪裝層厚度的增加而減少，各應力減少的趨勢基本成線性規(guī)律，說明隨著裝配式空心板橋瀝青鋪裝層厚度的增加水泥混凝土層的受力狀態(tài)將得到改善。

(3)裝配式空心板橋橋面鋪裝層表面的垂直形變能既能反映鋪裝層與水泥混凝土橋面板的整體強度和剛度，又能反映鋪裝層的使用性能，表1 ～4 及圖1 ～7 是由有限元計算得到的橋面鋪裝層厚度變化對鋪裝層表面豎向變形的影響。裝配式空心板橋橋面鋪裝層表面的豎向變形隨著厚度的增加而增長。由于厚度的增加使瀝青鋪裝層與橋面板的復合作用增強，再者厚度的增加對荷載起到了很好的分散作用。裝配式空心板橋面鋪裝層豎向變形主要取決于瀝青層的壓縮變形，在相同的條件下，鋪裝層內的應力相同，厚度增加時，瀝青鋪裝層表面變形也相應增大。因此，當增加瀝青混凝土鋪裝層厚度來改善橋面鋪裝性能時，車轍病害增加的可能性也相應增加，所以從抗車轍的角度講，瀝青橋面鋪裝層的厚度不宜過大。

表4 表面層隨瀝青層厚度的變化值

圖7 鋪裝層厚度變化對表面層豎向變形的影響

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