[博士]大跨徑懸索橋新型鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)研究

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　　[博士]大跨徑懸索橋新型鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)研究　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：道路與鐵路工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度：2006　　大跨徑鋼箱梁懸索橋的橋面鋪裝技術(shù)一直是困擾道路工程界與學(xué)術(shù)界的難題之一，尚未得到妥善解決.我國(guó)對(duì)鋼箱梁橋橋面鋪裝的研究與應(yīng)用時(shí)間均不長(zhǎng)，大跨徑鋼橋橋面鋪裝的整體使用狀況不容樂(lè)觀，而懸索橋鋪裝早期破壞比斜拉橋等其他結(jié)構(gòu)型式鋼橋的鋪裝更為嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)投入運(yùn)營(yíng)以及設(shè)計(jì)與建造中的大跨徑鋼箱梁懸索橋有近10座，及時(shí)開(kāi)展懸索橋鋼箱梁正交異性鋼橋面鋪裝技術(shù)的系統(tǒng)研究，尋求適合我國(guó)交通荷載和氣候條件的新型橋面鋪裝材料及鋪裝結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)大跨徑懸索鋼橋技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)展鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究，通過(guò)技術(shù)調(diào)研、理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)橋試驗(yàn)相結(jié)合的方式，分析了大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝的受力特點(diǎn)和使用技術(shù)要求，開(kāi)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(jié)構(gòu)，并通過(guò)實(shí)橋試驗(yàn)驗(yàn)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(duì)國(guó)內(nèi)外主要鋼橋面鋪裝材料的研究及應(yīng)用情況，對(duì)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(diǎn)，明確了大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上提出本文研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線及研究目標(biāo)?！　? 其次，在現(xiàn)有鋼橋面鋪裝理論研究的基礎(chǔ)上，采用靜力學(xué)分析、模態(tài)分析與移動(dòng)荷載下的動(dòng)力響應(yīng)分析相結(jié)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。運(yùn)用模態(tài)分析的方法，對(duì)不同厚度橋面板進(jìn)行分析，得出橋面板厚度變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力性能的影響。應(yīng)用有限元方法對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析，不同鋪裝結(jié)構(gòu)的鋪裝表面最大橫向拉應(yīng)力和最大豎向位移均在荷載位于兩橫隔板中間位置時(shí)出現(xiàn)峰值，鋼板與鋪裝層間最大剪應(yīng)力則在橫隔板處出現(xiàn)峰值。在動(dòng)力荷載作用下，鋪裝與鋼板間會(huì)產(chǎn)生很大的層間剪應(yīng)力，這是導(dǎo)致鋪裝出現(xiàn)脫層、滑移等病害的主要原因。與靜力分析結(jié)果的比較表明，對(duì)層間剪應(yīng)力進(jìn)行分析時(shí)，采用靜力分析是偏于不安全的。動(dòng)力分析表明，與雙層環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu)相比，下層澆注式瀝青混凝土、上層環(huán)氧瀝青混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)總體受力狀況更好?！　? 然后，本文針對(duì)大跨徑懸索橋大變形受力特點(diǎn)，分別對(duì)環(huán)氧瀝青混合料與澆注式瀝青混合料進(jìn)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(diǎn)，并進(jìn)行新型環(huán)氧瀝青材料開(kāi)發(fā)研究，為懸索橋鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了試驗(yàn)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(jié)果，提出大跨徑鋼箱梁懸索橋宜采用雙層鋪裝結(jié)構(gòu);根據(jù)環(huán)氧瀝青混合料與澆注式瀝青混合料的技術(shù)特點(diǎn)，在國(guó)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(jié)構(gòu)，并與其他鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，全面考察各鋪裝結(jié)構(gòu)的高、低溫及疲勞性能。試驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)高、低溫性能均衡，疲勞性能優(yōu)良，對(duì)鋼板的變形追從性較好，有利于降低鋪裝表面應(yīng)變，能適應(yīng)懸索橋鋼箱梁變形較大的特點(diǎn)?！　? 最后，為了驗(yàn)證理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展鋼箱梁實(shí)橋試驗(yàn)研究，試驗(yàn)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(jié)構(gòu)。在實(shí)橋試驗(yàn)研究過(guò)程中，分別進(jìn)行了荷載響應(yīng)分析、靜載試驗(yàn)以及澆注式瀝青混凝土施工工藝研究，并對(duì)試驗(yàn)橋新型鋪裝結(jié)構(gòu)路用性能進(jìn)行了為期3年的觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果表明，該新型鋪裝結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)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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