混凝土箱形梁橋橋面瀝青鋪裝受力特性分析

賴俊羽 張黎明 李增源

摘要：文章以一座混凝土箱梁橋為研究對象，建立有限元實體模型，計算分析了不同荷載工況下橋面鋪裝的應力分布特點，分析不同粘結層模量、不同粘結層厚度對箱梁橋橋面瀝青鋪裝受力的影響，得出了有益結論，可為同類型橋梁的瀝青鋪裝設計、研究提供參考。

關鍵詞：混凝土箱形梁橋;瀝青鋪裝;有限元分析

中圖分類號：U443.31文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.023

文章編號：1673-4874（2019）09-0079-02

0引言

混凝土箱形梁橋橋面瀝青鋪裝屬于典型的“剛柔復合”式路面結構，受橋梁結構特性影響，其更容易出現各類病害，也一直是國內外研究的重點。本文以一座混凝土箱梁橋為研究對象，建立有限元實體模型，計算分析了不同荷載工況下橋面鋪裝的應力分布特點，分析不同粘結層模量、不同粘結層厚度對箱梁橋瀝青鋪裝受力的影響，得出了有益結論，可為同類型橋梁的瀝青鋪裝設計、研究提供參考。

1計算建模

某高速公路連接線跨江橋采用連續梁橋型，單箱單室直腹板斷面，頂板寬12.25m、底板寬6.50m，根部梁高6m，跨中梁高3m，梁底曲線為1.8次拋物線.因橋面鋪裝層在車輪荷載作用下具有較強的局域性，計算選用箱梁跨中13m梁段進行建模分析（含兩個間距7m的橫隔板）。模型單元劃分：梁體單元按60mm×60mm、粘結層按15am×15mnq、鋪裝層按30mm×30mm。為減少橋梁約束條件影響，模型兩端固結。有限元實體模型如圖1所示。

本橋橋面瀝青鋪裝結構設計為橋梁各部結構混凝土+0.5cm防水粘結層+6cm瀝青鋪裝下層+4cm瀝青鋪裝上層，計算參數見表1。

計算荷載按規范取標準軸載BZZ-100，接地壓強為0.7MPa，同時考慮行駛車輛緊急剎車時的水平荷載，以豎向荷載乘以車輪與路面間的摩阻系數（取0.5）計算。計算中，輪胎接地形狀以兩個中心間距相同的正方形面積等效圓面積，如圖2所示。結合橋面板及箱梁內各部結構組成及尺寸特點，荷載布置考慮如圖3所示的三種荷載工況。

2 計算分析

2.1拉應力分析

橋梁瀝青鋪裝層最大拉應力是控制鋪裝層開裂的一項重要指標，分別計算三種荷載工況下瀝青鋪裝上、下層和粘結層的最大主拉應力υ、最大橫向拉應力υ、最大縱向拉應力υ（見表2）。

分析表2計算結果可知，箱梁橋面瀝青鋪裝各層在各荷載工況下最大橫向拉應力大子最大縱向拉應力，最大橫向拉應力在最大主拉應力的合成中占主導地位;當荷載由橫隔板向L/2跨處移動時，最大橫向拉應力、最大主拉應力逐漸增大，最大縱向拉應力則逐漸減少;最大主拉應力出現在荷載位于跨中時的瀝青鋪裝上層。

2.2剪應力分析

分別計算三種荷載工況下橋面瀝青鋪裝各層間的最大橫向剪應力τ、最大縱向剪應力τ，以及粘結層內部最大剪應力τ，如表3所示。

分析表3可知，同一荷載工況下，箱梁橋面瀝青鋪裝各層間的最大橫向剪應力明顯大干最大縱向剪應力，分析原因主要是大箱梁縱、橫向剛度及邊界條件的差異導致。不同荷載工況下，箱梁橋面瀝青鋪裝各層間最大剪應力值差異較少，其原因是大箱梁相對其他結構，具有較大的整體剛度，從而減少了最大剪應力分布差異。最大剪應力出現在荷載位于跨中時的粘結層與橋面板間。

3粘結層模量影響分析

瀝青改性類防水粘結材料的模量值一般處于10-300MPa之間，選取10MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa和300MPa六種模量，分別計算橋面瀝青鋪裝層的最大主拉應力、最大剪應力，分析粘結層不同模量下鋪裝層應力變化情況，計算結果如圖4-5所示。

由圖4、圖5分析可知，粘結層模量逐漸增大，橋面瀝青鋪裝上層、鋪裝下層內的拉應力、剪應力均呈下降趨勢，而粘結層的拉應力、剪應力呈增大趨勢。這主要是因為模量增大，粘結層的剛度也增大，變形能力降低。

4粘結層厚度影響分析

通常情況下，橋面瀝青鋪裝粘結層的厚度約在5-10mm之間，分別選取粘結層5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm六種厚度，以剪應力為指標，計算分析粘結層厚度對瀝青鋪裝層受力的影響（見表4和圖6）。

從表4、圖6的計算分析結果可知，粘結層厚度從5mm增大到10mm，橋梁瀝青鋪裝層各層間的剪應力僅少量減少，即說明粘結層的厚度對橋梁瀝青鋪裝層的受力影響較小。因此，在實際施工中，橋面足量均勻灑布一層微薄防水粘結層即可。

5 結語

（1）混凝土箱形梁橋橋面瀝青鋪裝最大拉應力、層間最大剪應力均橫向大于縱向，最大主拉應力位于瀝青鋪裝上層，最大剪應力位于粘結層與橋面板間，均為跨中最不利荷載工況。

（2）隨著粘結層模量的增大，粘結層內拉應力、剪應力均增大，其它各層拉應力、剪應力減少。

（3）橋面瀝青鋪裝受力受粘結層厚度變化影響不大，在施工中足量均勻灑布一層微薄防水粘結層即可。