水泥混凝土桥桥面铺装受力特性分析

水泥混凝土桥桥面铺装受力特性分析

闫晶

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摘要：以连续刚构桥箱梁桥面板的局部实体模型为主要研究目标，通过对桥面摊铺垫板间有无施工接缝等问题和对桥面摊铺垫板与主梁桥面板之间有表面连接问题等现象的三维有限元模拟的分析，系统研究了路面与铺装层的承载力特征，以及表面连通条件对相互层剪应力和拉内部应力分配的影响，为铺装层设计与建造提出了依据。

关键词：桥面铺装；铺装层；铺装层厚度

1引言

伴随着改革开放以来，经济的高速成长，以及交通网络的快速发展，高速公路大桥也相应地修建得如火如荼。不过由于高速公路网的发展，我们所需要的不仅有足够多的高速公路和大桥来形成交通网，还需有安全保护的交通网。从桥面上摊铺在以往的大桥结构上，人们对于桥面保护层通常不作受力分析，而仅仅当作结构层来考虑。但是，路面铺装层作为路面是车轮作用直接的和受车道压力的，它在承担了梁体变形的功能时，也需要接受其作用。而泵管和路面板结构形式又改变了主体形状和应力性质。所以在工程年限内，必须具有这样一些方面的特点：

1）应当保证提供完好的表面，以便于表面施工；

2）道路必须具备较好的平顺性，以尽量减少跳车现象，从而起到保障行人安全的目的；

3）应当作为桥面板的防水层，确保桥面梁体不受大雨冲刷的重要作用；

4）必须确保与桥梁桥面板的连接良好的状况，从而能够合理地输送和扩散压力，从而实现减小桥面铺装面和桥梁桥面板间的疲劳应力的要求。

2工程概况

作为重要交通要道高速，某桥也承担了多个城区的交通往来的主要功能，该桥桥梁主体构造类型为三向混凝土钢筋双薄臂墩连续刚构，桥面跨径设计为75m+130m+75m，总长约280m，为双幅分离式施工，双幅路基净宽24.5m，单幅桥面板净宽11.25m。路面的铺装层设计，采用了5cmC四十水泥垫层+5cm沥青水泥基层。

按照《公路沥青路面设计标准》(JTG D50-2006）中关于路基地面铺装层的规定的十一点一.一条规定，以水泥砼路基为混凝土地面铺装层的，道路面层必须符合下列工艺条件：

1）水泥路面板要平整粗糙，干燥清洁，不能有水泥、灰尘、水迹、灰尘或污垢等。对公路、等级公路以上的桥梁应实行打毛管理。特别桥梁、重点桥梁的路面也应实行表层喷砂处理。

2）在预应力砼路面板必须采用调找平层的，砼调找平层厚度不可低于80mm，并需按规定安装钢筋直径网；纤维砼调找平层厚度不宜低于60mm；且调找平层水泥的等级要与桥体相同，且要与桥面钢板连接牢固。当调平层较薄时，使用沥青混料或通过加厚下面层来调平。

本桥桥面铺装垫层设计厚度为5cm ，材料为C40混凝，铺装面层为5cm沥青混凝土。从工程角度来看路面摊铺垫板偏薄，并不符合现有的《公路沥青路面工程设计技术规范》(JTG D50-2006）要求，针对此情况进行建模计算，分别计算了5cm C40混凝垫层+5cm沥青混凝面层、8cm C40混凝垫层+8cm沥青混凝面层以及10cm C40混凝垫层+10cm沥青混凝面层三种组合情况下的分别在标准车辆荷载条件下，桥面铺装层材料的受力情况。同样考虑了水平摩擦力对铺装材料的影响，摩擦力系数仍取0.8计算。

3桥梁有限元模型的建立

构建了三维实力结构模型，来模拟空间受力。但是由于路面的铺涂层结构比较单薄，并且由于此处仅考虑了单辆车作用于不同厚度的路面铺设处，所以着重剖析了不同厚度铺涂层的空间应力状况。为简单方法，在构建有限元模式时取局部长方体为实物构造，将实物构造下边界定位约束，用以仿真桥面板底部界限的约束情形，此方法虽与大桥的现实构造状况相悖，但经箱梁顶板变形的实测数据分析，在重车效应时箱梁顶部的变化范围甚至不到0.1mm，且变化因素甚微。所以此种仿真方法对分析铺装层在缺口部位周围的应力危害并不大。

在此模式中，对路面铺设与桥面层相互之间的连接情况，采取了结点偶联的方式完成了仿真：将接触层处所有结点在X,Y,Z方位上完全偶联，来仿真铺装层和桥表面的黏结状况良好，二者一起承载并保证变形协调

负荷情况：主要研究三种荷载⑴竖向压力情况，为保证轮压与《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006）规定的胎压一致，本研究各轮胎的接地压强均取为0.707Mpa（相当于重车的后轴170KN）；车轮接地面积均按规范取0.2m×0.6m[5]。

各级砼垫层厚度铺装层最大应力（MPa)

当铺装层与桥面板结合良好时，铺装材料内部应力的分布随着铺装垫层的厚度的增加应力值有所下降。

4结论

在汽车超载的现象日益严峻的形势下，路基铺装层结构的各种内部应力系数的增加，极易导致铺装层出现断裂损伤和剪切损坏，严重地威胁着车辆的安全性，给交通安全埋下隐患，所以，要合理减少汽车的超载，延长路基铺设结构的使用寿命。设置混凝土铺装垫层的桥面铺装层中，混凝土垫层的厚度选择也直接影响到整个铺装层的应力分布，铺装垫层厚度更不宜过薄，考虑经济性与适应性指标，混凝土调平垫层厚度不宜小于80mm。

参考文献：

[1]时成林. 季冻区中小跨径桥梁桥面铺装及考虑其影响的主梁受力特性研究[D].吉林大学,2016.

[2]亚坤江·吐拉买提.水泥混凝土桥面铺装层受力特性分析[J].湖南交通科技,2014,40(03):137-139.