【博士】同步碎石橋面鋪裝粘結層層間應力分析與應用研究【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度： 2008年　　橋面鋪裝粘結層破壞是導致橋面鋪裝病害的一個主要原因，鋪裝層與橋面板間的接觸粘結狀態(tài)比較復雜，層間既包括粘結層材料的粘結力，也存在混凝土集料與橋面板間的摩阻力，確定粘結層的剛度或模量也很困難。在行車荷載、溫度應力作用下，鋪裝層內部產生較大的剪應力，引起不確定破壞面的剪切變形，或者由于鋪裝層與橋面板層間粘結力差，抗水平剪切能力較弱，在水平方向上產生相對位移以致剪切破壞。剪切破壞直接導致有害物質下滲，下滲速度的大小又受使用期間橋面鋪裝層裂縫大小所支配，而粘結層是阻止有害物質下滲到橋面板的最后一道防線，因而分析粘結層的力學控制指標以及材料性能應用研究對防止橋面鋪裝病害有著很重要的現實意義。本文通過對瀝青混凝土橋面鋪裝形式、病害的調查，分析其病害與粘結層關系，提出用同步碎石作為瀝青混凝土橋面鋪裝粘結層的優(yōu)越性。利用有限元理論，借助ANSYS手段對同步碎石粘結層進行了系統(tǒng)的荷載應力分析：依據橋面鋪裝溫度應力與普通路面溫度應力的差異性，計算了同步碎石粘結層溫度應力變化。利用斷裂力學理論分析了同步碎石粘結層的抗裂性能，計算出了粘結層的疲勞壽命；通過室內剪切試驗、拉拔試驗、抗?jié)B性等試驗研究確定了同步碎石粘結層瀝青、碎石的選材要求以及瀝青的最佳撒布量范圍，提供了施工工藝參考。綜合其力學狀態(tài)與直剪試驗指標分析，推薦出層間工作狀態(tài)；以及與其它防水粘結層進行施工技術、經濟、社會效益等綜合對比分析，得出同步碎石作為瀝青混凝土橋面鋪裝粘結層具有優(yōu)越的性價比與最為廣闊的應用前景。本文的研究內容主要包括以下幾個方面：　　l、應用有限元理論對橋面鋪裝結構進行力學分析，研究了不同橋型瀝青混凝土橋面鋪裝層間應力變化范圍。系統(tǒng)而深入的分析了同步碎石粘結層層間荷載、溫度應力的變化規(guī)律?！　?、應用斷裂力學理論對橋面鋪裝和粘結層的抗裂性能和疲勞性能進行計算。當各結構層在車輪荷載及溫度作用下產生的應力小于其極限抗拉強度時，得出其在一次荷載作用下的開裂應力和反復荷載作用下開裂的疲勞壽命?！　?、模擬橋面板對同步碎石橋面鋪裝粘結層分別進行剪切試驗、拉拔試驗、抗疲勞試驗、抗?jié)B性試驗、溫度敏感性試驗，由試驗數據進行正交分析研究得出：同步碎石作為防水粘結材料具有良好的耐久性、抗?jié)B性、抗高溫敏感性以及很強的粘結性能?！　?、通過與其他粘結材料進行性能對比分析得出：同步碎石粘結層抗剪強度大，高溫抗剪、低溫抗裂性能最優(yōu)，容易滿足高溫抗剪與低溫抗裂的不利要求?！　?、通過直剪試驗得出：同步碎石粘結層抗剪強度>卷材類>涂膜類；同步碎石粘結層抗剪強度最大可達2．36Mpa；得出常溫時的值；高溫時的值。　　6、綜合粘結層層間荷載應力、溫度應力以及疲勞壽命，提出同步碎石橋面鋪裝粘結層的層間應力工作狀態(tài)，并通過直剪試驗驗證其正確性，可為設計、施工與選材提供借鑒?！　?、利用凈現值法對五種橋面防水粘結層技術方案進行經濟比較、綜合考慮社會效益等因素，得出同步碎石作為防水粘結層時其性價比最高，提出同步碎石粘結層應用前景最為廣闊?！　?

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