水泥乳化瀝青混凝土在橋面鋪裝結構中的力學行為*

逯艷華， 楊 璐， 徐 巖， 朱浮聲

(1. 東北大學 資源與土木工程學院， 沈陽 110004； 2. 遼寧省交通工程質量與安全監督局 法規技術處， 沈陽 110005； 3. 沈陽工業大學 建筑與土木工程學院， 沈陽 110870； 4. 沈陽建筑大學 土木工程學院， 沈陽 110168)

1 橋面鋪裝力學分析

1.1 基本假設

1) 不考慮橋墩與承臺的變形；

2) 所有材料符合線彈性假設；

3) 鋪裝層和橋梁主體一直承受汽車荷載作用；

4) 假設層間粘結良好，無相對滑動；

5) 坐標系方向規定為x軸代表順橋向，y軸代表重力方向，z軸代表橫橋向.

1.2 橋梁概況

撫順拉白線楊家橋的簡支空心板橋共計3孔，單孔跨徑為13 m，橋面凈寬為9 m，兩側各設0.5 m防撞墻.橋梁上部結構為8片整體裝配式帶翼緣鋼筋混凝土空心板(C30混凝土)，橋面鋪裝10 cm厚C40混凝土.橋梁下部結構為輕型橋墩和重力式橋臺.橋梁上部結構立面圖如圖1所示(單位：cm).中、邊板斷面如圖2所示(單位：cm).

1.3 車輛荷載模擬與縱橫向布載方式

由于橋面鋪裝的力學分析屬于橋梁結構的局部加載，故在有限元計算中的車輛荷載采用《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)中所規定的車輛荷載，其立面和平面尺寸如圖3所示(尺寸單位為m，荷載單位為kN)，主要技術指標如表1所示.在計算中，采用單向行駛車輛，縱向按跨中產生最大彎矩原則布載.橫橋向分別考慮1車道和2車道對稱布載.

圖1 空心板橋上部結構立面圖Fig.1 Facade for superstructure of hollow slab bridge

圖2 中、邊板斷面Fig.2 Cross-sections of middle and edge slabs

1.4 有限元模型建立

1.4.1 材料參數

圖3 車輛荷載的立面、平面尺寸Fig.3 Facade and plane size of vehicle load表1 車輛荷載的主要技術指標Tab.1 Main technical indexes of vehicle load

項目技術指標車輛重力標準值/kN550前軸重力標準值/kN30中軸重力標準值/kN2×120后軸重力標準值/kN2×140軸距/m3+1.4+7+1.4輪距/m1.8前輪著地寬度及長度/m0.3×0.2中、后輪著地寬度及長度/m0.6×0.2車輛外形尺寸(長和寬)/m15×2.5

表2 各結構層材料參數Tab.2 Material parameters for each structure layer

1.4.2 有限元分析模型

1.5 計算參數選取

本文對一些參數進行說明，其中，σ3為第三主應力，負值代表壓應力；σx為x方向(縱橋向)應力；σy為y方向(豎向)應力；σz為z方向(橫橋向)應力；τxy為鋪裝層層間縱橋向剪應力；τyz為鋪裝層層間橫橋向剪應力.

1.6 計算結果及分析

1.6.1 橫橋向單車道對稱布載

1.6.2 橫橋向雙車道對稱布載

表3 單車道對稱布載時各鋪裝層層間應力極值Tab.3 Stress extremes between various pavement layers under symmetrical load distribution in single lane MPa

表4 雙車道對稱布載時各鋪裝層層間應力極值Tab.4 Stress extremes between various pavement layers under symmetrical load distribution in double lanes MPa

2 鋪裝結構對橋面鋪裝受力的影響

2.1 厚度對橋面鋪裝受力的影響

2.1.1 瀝青混凝土層厚度為3 cm的情況

2.1.2 瀝青混凝土層厚度為6 cm的情況

2.2 彈性模量對橋面鋪裝受力的影響

表5 水泥乳化瀝青層厚度對鋪裝結構受力的影響(瀝青層厚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 水泥乳化瀝青層厚度對鋪裝結構受力的影響(瀝青層厚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，研究其彈性模量變化情況對橋面鋪裝力學響應的影響，結果如表7和圖9所示.

表7 水泥乳化瀝青混凝土彈性模量對鋪裝結構受力的影響Tab.7 Influence of elastic modulus of cement-emulsified asphalt concrete on force of pavement structure MPa

Fig.9Relationshipbetweenelasticmodulusofcement-emulsifiedasphaltconcreteandshearstressofpavementstructure

3 結 論

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