混凝土箱梁桥面铺装力学行为与结构优化设计

作     者：王光谱 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王虎

授予年度：2016年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：桥面铺装 有限元分析 力学响应 层间稳定 设计方法 

摘      要：桥面铺装体系是桥梁最表面,直接与行驶车辆接触,是桥梁结构重要的组成部分。桥面铺装结构作为受力层,它可以起到分散荷载并且与桥面板一同受力。同时也作为保护层避免桥面板过早的破坏。铺装层设计的合理与否,直接关系到桥梁是否有足够承载力来保障其路用性能的正常使用,同时对桥梁的耐久性和使用寿命有较大的影响。由于桥面铺装层的工作环境和各种荷载作用相互交叉的影响,其受力情况较为复杂,在分析过程中必须考虑其铺装材料、施工技术、外界环境、荷载作用以及桥梁振动等因素。然而,在以往的设计过程和施工过程中,将桥面铺装结构简单的视为整个桥梁结构的附属结构,没有对其做专门的力学特性分析。现行规范中,也仅仅只是对铺装层的施工工艺和厚度做一些指导性说明,缺乏针对性的设计理论和规范[1]。本文从研究桥面铺装的破坏形式和分析其破坏的原因入手,以有限元理论为理论指导,应用ANSYS有限元软件,通过建模模拟桥面铺装层的受力情况,计算并分析桥面铺装体系的力学行为和应力分布规律。补充桥面铺装体系设计理论的不足,同时在施工过程中也起到指导性建议,从而达到合理的改善铺装层受力状况和延长使用寿命的目的[2]。在研究铺装层结构不同接触状况下的力学行为时,利用多层弹性层状理论进行分析,将桥面铺装的防水粘结层通过数值模拟,研究防水层粘结层厚度和模量的变化对铺装层性能的影响。通过增大垂直荷载来模拟超载现象,改变层间摩阻系数模拟水平方向荷载的变化,研究铺装层的受力状况并分析其变化规律。通过力学计算和分析,结合前人总结的试验研究结果,以及防水层材料和铺装结构层间稳定性等各方面因素,提出铺装层设计过程中主要设计指标为层间抗剪强度和粘结强度,并给出铺装层结构设计主要流程。