[博士]大跨徑懸索橋新型鋼橋面鋪裝結構研究

內(nèi)容簡介

　　[博士]大跨徑懸索橋新型鋼橋面鋪裝結構研究　　學科專業(yè)：道路與鐵路工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度：2006　　大跨徑鋼箱梁懸索橋的橋面鋪裝技術一直是困擾道路工程界與學術界的難題之一，尚未得到妥善解決.我國對鋼箱梁橋橋面鋪裝的研究與應用時間均不長，大跨徑鋼橋橋面鋪裝的整體使用狀況不容樂觀，而懸索橋鋪裝早期破壞比斜拉橋等其他結構型式鋼橋的鋪裝更為嚴重。目前國內(nèi)投入運營以及設計與建造中的大跨徑鋼箱梁懸索橋有近10座，及時開展懸索橋鋼箱梁正交異性鋼橋面鋪裝技術的系統(tǒng)研究，尋求適合我國交通荷載和氣候條件的新型橋面鋪裝材料及鋪裝結構，具有較強的理論意義和實用價值。本文在現(xiàn)有研究的基礎上，針對大跨徑懸索鋼橋技術特點，開展鋼橋面鋪裝技術的研究，通過技術調研、理論分析、室內(nèi)試驗與實橋試驗相結合的方式，分析了大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝的受力特點和使用技術要求，開發(fā)出“下層澆注式瀝青混凝土、上層環(huán)氧瀝青混凝土”新型鋪裝結構，并通過實橋試驗驗證了該鋪裝方案在大跨徑鋼箱梁懸索橋上的適用性?！　? 本文首先介紹了對國內(nèi)外主要鋼橋面鋪裝材料的研究及應用情況，對比分析了鋼橋面鋪裝與普通瀝青混凝土鋪裝的差異以及懸索橋與斜拉橋不同受力特點，明確了大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝技術要求，在此基礎上提出本文研究內(nèi)容、技術路線及研究目標?！　? 其次，在現(xiàn)有鋼橋面鋪裝理論研究的基礎上，采用靜力學分析、模態(tài)分析與移動荷載下的動力響應分析相結合的手段，完成了大跨徑鋼箱梁懸索橋橋面鋪裝的理論分析，從而為新型鋪裝結構的設計提供理論依據(jù)。運用模態(tài)分析的方法，對不同厚度橋面板進行分析，得出橋面板厚度變化對系統(tǒng)動力性能的影響。應用有限元方法對鋪裝結構進行了動力響應分析，不同鋪裝結構的鋪裝表面最大橫向拉應力和最大豎向位移均在荷載位于兩橫隔板中間位置時出現(xiàn)峰值，鋼板與鋪裝層間最大剪應力則在橫隔板處出現(xiàn)峰值。在動力荷載作用下，鋪裝與鋼板間會產(chǎn)生很大的層間剪應力，這是導致鋪裝出現(xiàn)脫層、滑移等病害的主要原因。與靜力分析結果的比較表明，對層間剪應力進行分析時，采用靜力分析是偏于不安全的。動力分析表明，與雙層環(huán)氧瀝青混凝土結構相比，下層澆注式瀝青混凝土、上層環(huán)氧瀝青混凝土復合結構總體受力狀況更好?！　? 然后，本文針對大跨徑懸索橋大變形受力特點，分別對環(huán)氧瀝青混合料與澆注式瀝青混合料進行了系統(tǒng)研究，明確了兩種混合料的性能差異與優(yōu)缺點，并進行新型環(huán)氧瀝青材料開發(fā)研究，為懸索橋鋪裝結構設計提供了試驗支持?！　? 再次，根據(jù)已有成果及大跨徑鋼箱梁懸索橋橋面鋪裝的理論分析結果，提出大跨徑鋼箱梁懸索橋宜采用雙層鋪裝結構;根據(jù)環(huán)氧瀝青混合料與澆注式瀝青混合料的技術特點，在國內(nèi)外首次提出了“下層澆注式瀝青棍凝土、上層環(huán)氧瀝青混凝土”新型鋪裝結構，并與其他鋪裝結構進行對比試驗研究，全面考察各鋪裝結構的高、低溫及疲勞性能。試驗結果表明，“下層澆注式瀝青混凝土、上層環(huán)氧瀝青混凝土”的新型鋪裝結構高、低溫性能均衡，疲勞性能優(yōu)良，對鋼板的變形追從性較好，有利于降低鋪裝表面應變，能適應懸索橋鋼箱梁變形較大的特點?！　? 最后，為了驗證理論分析與室內(nèi)試驗結果，在國內(nèi)首次開展鋼箱梁實橋試驗研究，試驗橋的鋪裝層采用“下層澆注式瀝青混凝土、上層環(huán)氧瀝青混凝土”新型鋪裝結構。在實橋試驗研究過程中，分別進行了荷載響應分析、靜載試驗以及澆注式瀝青混凝土施工工藝研究，并對試驗橋新型鋪裝結構路用性能進行了為期3年的觀測。觀測結果表明，該新型鋪裝結構能夠適應大跨徑鋼箱梁懸索橋的使用要求，具有良好的路用性能。

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