[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.我國對鋼箱梁橋橋面鋪裝的研究與應(yīng)用時間均不長，大跨徑鋼橋橋面鋪裝的整體使用狀況不容樂觀，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。目前國內(nèi)投入運營以及設(shè)計與建造中的大跨徑鋼箱梁懸索橋有近10座，及時開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)，具有較強的理論意義和實用價值。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，針對大跨徑懸索鋼橋技術(shù)特點，開展鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究，通過技術(shù)調(diào)研、理論分析、室內(nèi)試驗與實橋試驗相結(jié)合的方式，分析了大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝的受力特點和使用技術(shù)要求，開發(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)，并通過實橋試驗驗證了該鋪裝方案在大跨徑鋼箱梁懸索橋上的適用性?！　? 本文首先介紹了對國內(nèi)外主要鋼橋面鋪裝材料的研究及應(yīng)用情況，對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，明確了大跨徑懸索橋鋼橋面鋪裝技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上提出本文研究內(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)分析與移動荷載下的動力響應(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)計提供理論依據(jù)。運用模態(tài)分析的方法，對不同厚度橋面板進行分析，得出橋面板厚度變化對系統(tǒng)動力性能的影響。應(yīng)用有限元方法對鋪裝結(jié)構(gòu)進行了動力響應(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。在動力荷載作用下，鋪裝與鋼板間會產(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，對層間剪應(yīng)力進行分析時，采用靜力分析是偏于不安全的。動力分析表明，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，本文針對大跨徑懸索橋大變形受力特點，分別對環(huán)氧瀝青混合料與澆注式瀝青混合料進行了系統(tǒng)研究，明確了兩種混合料的性能差異與優(yōu)缺點，并進行新型環(huán)氧瀝青材料開發(fā)研究，為懸索橋鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了試驗支持?！　? 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，在國內(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)進行對比試驗研究，全面考察各鋪裝結(jié)構(gòu)的高、低溫及疲勞性能。試驗結(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?！　? 最后，為了驗證理論分析與室內(nèi)試驗結(jié)果，在國內(nèi)首次開展鋼箱梁實橋試驗研究，試驗橋的鋪裝層采用“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)。在實橋試驗研究過程中，分別進行了荷載響應(yīng)分析、靜載試驗以及澆注式瀝青混凝土施工工藝研究，并對試驗橋新型鋪裝結(jié)構(gòu)路用性能進行了為期3年的觀測。觀測結(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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