4橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法的討論

　　目前關(guān)于橋面鋪裝的研究還很不成熟，并且現(xiàn)有研究主要集中在材料設(shè)計(jì)和鋪裝技術(shù)等方面，而關(guān)于理論分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算的研究很少。

　　羅立峰[5]等人將橋面板簡(jiǎn)化為正交異性的彈性小撓度薄板，將鋪裝層簡(jiǎn)化為各向同性的大撓度薄板，并假定兩板之間相對(duì)滑動(dòng)，完全沒(méi)有摩阻力且沒(méi)有脫空現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上提出了橋面鋪裝的平衡微分方程，并以豎向變形為主要控制指標(biāo)。張占軍[8，10]等人以彈性層狀體系為理論基礎(chǔ)，用三維有限元的方法對(duì)水泥混凝土橋面柔性鋪裝的層間剪應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算和分析。并通過(guò)對(duì)瀝青類橋面鋪裝層的破壞現(xiàn)象的分析，發(fā)現(xiàn)使用摩爾___庫(kù)侖理論來(lái)確定鋪裝厚度是比較合適的，即以橋面板與瀝青鋪裝層之間的層間剪應(yīng)力為控制指標(biāo)，要求其不超過(guò)層間抗剪強(qiáng)度。另外，還結(jié)合防水層、平整度、施工工藝和車轍指標(biāo)的要求，提出了橋面瀝青鋪裝層厚度的計(jì)算方法。張占軍[11]等人用有限元的方法對(duì)設(shè)防水層的水泥混凝土橋?yàn)r青鋪裝結(jié)構(gòu)的層間剪應(yīng)力的計(jì)算進(jìn)行了分析，討論了防水層的厚度、模量、泊松比、瀝青混凝土鋪裝層厚度和模量等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)層層間剪應(yīng)力的影響。認(rèn)為層間最大剪應(yīng)力主要取決于面層厚度和防水層模量;在防水層模量相同的情況下，增加面層厚度是降低層間剪應(yīng)力的最有效手段。合理的控制指標(biāo)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是此課題今后要重點(diǎn)研究的一個(gè)方面。

　　從現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分析方法看，主要是用三維等參元模型進(jìn)行分析，目前較多采用的是三維八結(jié)點(diǎn)和二十結(jié)點(diǎn)單元。

　　合理的有限元模型是計(jì)算分析的前提，從目前的研究狀況來(lái)看，主要有如下幾個(gè)方面急需探討。

　　對(duì)于橋面鋪裝，如何假設(shè)及模擬層間接觸狀況是有限元建模一個(gè)很重要的問(wèn)題。對(duì)于不設(shè)防水層的情況，可以借鑒復(fù)合路面的處理方式。胡長(zhǎng)順[12]等人在進(jìn)行復(fù)合路面結(jié)構(gòu)分析時(shí)，利用各向異性線彈性理論和三維有限元的方法，構(gòu)造了一種正交各向異性接觸模型，模擬板與地基之間的接觸情況。黃曉明[13]和劉玉榮[14]等人分別在對(duì)舊水泥混凝土路面混凝土加鋪層和水泥混凝土瀝青混凝土復(fù)合路面進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)，接觸面采用了Goodman夾層單元模型模擬既非完全連續(xù)又非完全光滑的接觸狀態(tài)。Goodman模型是由Goodman等人最先提出的用于模擬巖體節(jié)理的一種特殊單元，將它運(yùn)用于夾層即為夾層單元。夾層單元由兩個(gè)面組成，兩個(gè)面之間假想由無(wú)數(shù)微小彈簧連接，單元厚度假定為0，每片接觸面有4個(gè)結(jié)點(diǎn)，一個(gè)單元共有八個(gè)結(jié)點(diǎn)，是一種二維單元。對(duì)于設(shè)防水層的情況，實(shí)際施工中防水層的厚度在2～5mm之間，一般約為3mm.由于防水層的厚度很薄，有的學(xué)者將其簡(jiǎn)化為一種接觸條件來(lái)處理，黃曉明[15]和黃衛(wèi)[16]等人在對(duì)設(shè)有防水層的鋼橋橋面鋪裝層進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，同樣采用了無(wú)厚度的Goodman夾層單元來(lái)模擬防水層的作用，夾層單元與相鄰的夾層單元或鋪裝體單元之間，只有結(jié)點(diǎn)處有力的聯(lián)系。張占軍等人在文獻(xiàn)[11]里在計(jì)算水泥混凝土橋?yàn)r青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)的層間剪應(yīng)力時(shí)考慮了防水層厚度。胡長(zhǎng)順[17]等人在利用有限元法對(duì)有裂縫夾層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)，對(duì)有一定厚度的夾層直接使用三維等參元?jiǎng)澐謫卧鴮?duì)于土工織物這一類的無(wú)厚度夾層，則根據(jù)薄膜問(wèn)題的物理方程與幾何方程推導(dǎo)4結(jié)點(diǎn)矩形單元，建立單元?jiǎng)偠染仃嚕M(jìn)行力學(xué)分析。

　　總之，如何模擬層間接觸狀況，特別是如何考慮防水層的影響，是建立合理有限元模型的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，是研究鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的一個(gè)重點(diǎn)。要采取理論計(jì)算與試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)和實(shí)測(cè)結(jié)果相對(duì)比，尋找一種與結(jié)構(gòu)實(shí)際受力吻合的模型。

　　橋面鋪裝層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu)，如何合理簡(jiǎn)化荷載模型，以及如何進(jìn)行橫向和縱向布載，也直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的精確程度。文獻(xiàn)[8，10，11]中在計(jì)算剪應(yīng)力時(shí)參照路面設(shè)計(jì)中的荷載模型，荷載參數(shù)為BZZ-100，p=0.7MP，δ=10.65cm，水平荷載與垂直荷載同時(shí)考慮。黃曉明在文獻(xiàn)[15]中，則對(duì)不同的橋跨截面在橫向不同位置進(jìn)行布載，找出最不利的荷位。只有將橋梁結(jié)構(gòu)分析和路面理論結(jié)合起來(lái)，才能較好的解決這一問(wèn)題。

　　另外需要研究的一個(gè)重要問(wèn)題是，橋梁在荷載作用下產(chǎn)生撓度及其它形變，這些因素對(duì)鋪裝層的力學(xué)特性有何影響，如何考慮這些影響，這也是橋面鋪裝不同于一般復(fù)合路面的一個(gè)方面。目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有專門針對(duì)這方面的討論。

　　合理解決橋面鋪裝問(wèn)題需要從理論分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算兩方面入手，正確的理論基礎(chǔ)是根本，合理的力學(xué)模型是關(guān)鍵。通過(guò)計(jì)算分析與實(shí)測(cè)對(duì)比，較好的解決如上述的接觸模型、荷載簡(jiǎn)化等問(wèn)題，搞清其它因素的影響;還要加強(qiáng)對(duì)模型尺寸及收斂條件的研究;在條件允許的情況下，加強(qiáng)對(duì)其動(dòng)力性能的研究。在分析鋪裝層破壞形式的基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵因素，提出控制指標(biāo)并建立相應(yīng)的破壞準(zhǔn)則，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，要達(dá)到這一目標(biāo)需要做大量的基礎(chǔ)性研究工作。 設(shè)為首頁(yè)

　　5小結(jié)

　　本文對(duì)鋼筋混凝土橋柔性橋面鋪裝的早期病害及其原因進(jìn)行了分析與研究，總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分析的主要方法，提出了用有限元分析需要注意的一些問(wèn)題，指出了今后主要的研究方向。

　　當(dāng)務(wù)之急是加快對(duì)瀝青混凝土橋面鋪裝的進(jìn)一步研究，以明確橋面鋪裝層各結(jié)構(gòu)層計(jì)算模型、力學(xué)特性及相關(guān)參數(shù)，為橋面鋪裝的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo);同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)各鋪裝層材料的材料性能指標(biāo)和測(cè)試技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)適應(yīng)橋面破壞機(jī)理的新材料;另外，還要改進(jìn)鋪裝技術(shù)及提高施工質(zhì)量，保證設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性，從根本上解決橋面鋪裝早期損壞問(wèn)題。

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