钢箱梁桥面铺装若干力学问题研究

论文题目: 钢箱梁桥面铺装若干力学问题研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 道路与铁道工程

作者: 魏奇芬

导师: 张晓春

关键词: 钢箱梁,桥面铺装体系,有限元分析,疲劳损伤,蠕变,等幅循环荷载

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 大跨径钢桥在公路交通中起着越来越重要的枢纽作用。桥面铺装的优劣直接影响着行车的舒适性和桥梁的安全使用性。目前,桥面铺装技术已成为建设大跨径桥梁的关键性技术之一。桥面铺装不同于普通的高等级路面,由于其结构的特殊性(正交异性桥面体系及轻薄的沥青面层等),亦受外界气候和温度的影响,因而很容易产生各种病害。究其机理可归结为铺装体系的受力特性和由此引起的损伤积累。基于此思想,本文采用理论分析、数值模拟等方法对钢箱梁桥面铺装体系的若干力学问题进行了研究。首先,详细介绍和分析了用于桥面铺装的改性沥青SMA的结构组成、强度组成机理、力学特性及工程应用的特点。其次,以目前广泛采用的闭口梯形加劲肋正交异性钢桥面铺装体系为对象,采用数值模拟的方法,分析了桥面铺装体系在静载作用下的受力特性。研究了钢桥面板下梯形加劲肋三参数变化对铺装层表面变形的敏感性,并进一步从铺装材料模量变化和不同的荷位分布两方面分析了铺装层表面的横向拉应力分布规律。第三,针对钢桥面铺装表面开裂发生的特点和静荷载下板、肋受力特性,将钢桥面铺装复合结构简化为一定条件下的复合梁结构,分析了沥青混合料铺装层的损伤累积情况。推导了疲劳损伤的控制方程,初步探讨了铺装层疲劳寿命的预测方法。最后,考虑沥青铺装材料的非线性特性—粘弹塑性,在施加不同荷载水平的等幅循环荷载条件下,针对弹塑性模型,数值分析了铺装层的塑性变形和累积情况;针对蠕变模型,分析并预测了铺装层变形积累随时间变化的关系;针对运载情况,对比分析了铺装层受常载和超载时的塑性累积情况。本文的分析结果可以用于桥梁和桥面铺装层的设计,也可以为进一步分析桥面铺装问题提供理论参考。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外钢桥面铺装研究发展概况

1.3 本文研究内容、方法及技术路线

1.3.1 主要的研究内容

1.3.2 技术路线

1.3.3 研究路线框图

第二章 改性沥青SMA特性研究

2.1 SMA研究及应用现状

2.2 SMA性能介绍

2.2.1 强度组成机理

2.2.2 SMA优点

2.2.3 SMA缺点

2.3 改性沥青SMA的发展及其在桥面铺装上的应用研究

2.3.1 改性沥青SMA性能研究发展现状

2.3.2 改性沥青SMA在桥面铺装上的应用

2.3.3 改性沥青SMA在桥面铺装的技术性能要求

2.4 改性沥青SMA力学特性

2.5 本章小结

第三章 钢箱梁桥面铺装层静载受力的数值分析

3.1 钢桥面铺装有限元分析模型

3.2 有限元命令流

3.3 梯形加劲肋三参数对铺装层表面拉应力与应变的影响

3.4 铺装层表面横向拉应力（应变）的影响因素分析

3.4.1 铺装材料模量对横向拉应力与应变的影响分析

3.4.2 三个荷位对横向拉应力的影响分析

3.5 铺装层表面变形云图

3.6 本章小结

第四章 钢箱梁桥面铺装疲劳特性的损伤力学分析

4.1 分析模型

4.2 疲劳损伤分析

4.2.1 不考虑沥青路面疲劳损伤时

4.2.2 考虑沥青路面疲劳损伤时

4.3 复合梁刚度和挠度的疲劳损伤分析

4.4 沥青铺装层疲劳寿命预测

4.5 本章小结

第五章 等幅循环荷载作用下铺装层粘弹塑性变形的数值分析

5.1 工程问题中的循环荷载作用分析

5.2 钢箱梁桥面铺装层弹塑性力学分析

5.2.1 有限元分析模型

5.2.2 材料的性能

5.2.3 不同荷载频率下铺装层力学分析

5.3 钢箱梁桥面铺装层流变特性分析

5.3.1 蠕变模型及数值模拟方法

5.3.2 数值模拟的相关参数

5.3.3 数值模拟结果及分析

5.4 数据预测分析

5.5 超载运输对钢箱梁桥面铺装层受力的影响

5.5.1 超载交通现状研究

5.5.2 不同荷载水平下铺装层力学分析

5.5.3 超载对车辙的影响

5.5.4 不同模量下铺装层受力分析

5.6 本章小节

第六章 结论及展望

6.1 本文研究结论

6.2 本文创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

硕士在读期间发表的论文

硕士在读期间的研究工作

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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