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随着我国经济的迅猛发展,公路与桥梁建设进入了迅速发展时期,桥梁结构不断创新,大跨桥梁已很普遍,但桥面铺的设计与施工仍沿用传统的习惯做法,在进行桥梁结构设计时,对桥面铺装层一般不作专门的计算分析。
而随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装问题普遍。这不仅妨碍了正常交通,影响了桥面的美观,更易造成交通事故,也给维修工作带来了很大困难。近年来,人们对于因桥面铺装问题造成的直接和间接的经济损失给予了足够的重视。桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大害病。
一、破坏形式
沥青混泥土桥面铺装与正常路面和水泥混泥土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:
1.铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥抱等病害
2.因温度变化并伴随桥面板或连接的打挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。
设防水层的水泥混泥土桥桥面沥青混泥土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包河推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混泥土模量远大于沥青混泥土和防水层的模量,加之沥青混泥土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力度而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混泥土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。因此,剪切破坏是设防水层的水泥混泥土桥面沥青混泥土铺装损坏的主要原因,故在实际设计中应基于两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。
二、病害分析
(1)桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值。工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随着交通量的增大,现行铺装与重型超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击,桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形,因此桥面铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的结构造均影响其应力的分布。
(2)随着材料工业的发展,桥梁承重结构的改进,使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求,高等级公路大跨桥梁的横向越来越宽。特别在设计计算中侧重于主梁的纵向的计算分析,对桥梁横向刚度重视不足,横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。
(3)对于连续梁桥、拱桥及悬臂桥梁等桥型结构,由于荷载的作用而产生负弯矩或拉力使桥面铺装层受到拉力的作用而产生负弯矩区裂缝,从而造成桥面铺装的损坏。
(4)在对高速公路进行交通组织管理中,由于车道功能的不同,人为强制地使桥梁结构运营始终處于偏载状态,使主车道的铺装承担了比超车道高得多(量值可达三至四倍)的运营应力水平,因此加快了主车道铺装层的疲劳。特别是随着私营运输业的发展,货运业主为追求短期经济利益,通过改变车厢结构如加长车厢和加高车轴弹簧等使汽车的载重、轴重及轮载成倍增加。这些车辆对铺装层具有严重的破坏作用并使桥梁结构局部超载加快了主车道铺装层的病害发展。因此,在设计中应根据运营中车辆荷载的实际分布情况,在明确了桥梁结构受力的基础上,对桥面铺装层进行受力计算。
目前关于桥面铺装的研究还很不成熟,并且现有研究主要集中在材料设计和铺装技术等方面,而关于理论分析和结构计算的研究很少。合理解决桥面铺装问题需要从理论分析和结构计算两方面入手,真确的理论基础是根本,合理的力学模型是关键。通过计算分析与实测对比,较好的解决如上述的接触模型、荷载简化等问题,搞清其他因素的影响;还要加强对模型尺寸及收敛条件的研究;在条件允许的情况下,加强对其动力性的研究。在分析铺装层破坏坏形式的基础上,确定关键因素,提出控制指标并建立相应的破坏准则,为设计提供依据,要达到这一目标需要做大量的基础性研究。
而随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装问题普遍。这不仅妨碍了正常交通,影响了桥面的美观,更易造成交通事故,也给维修工作带来了很大困难。近年来,人们对于因桥面铺装问题造成的直接和间接的经济损失给予了足够的重视。桥面铺装的早期损坏已成为影响高速公路使用功能的发挥和诱发交通事故的一大害病。
一、破坏形式
沥青混泥土桥面铺装与正常路面和水泥混泥土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:
1.铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥抱等病害
2.因温度变化并伴随桥面板或连接的打挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。
设防水层的水泥混泥土桥桥面沥青混泥土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包河推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混泥土模量远大于沥青混泥土和防水层的模量,加之沥青混泥土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力度而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混泥土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。因此,剪切破坏是设防水层的水泥混泥土桥面沥青混泥土铺装损坏的主要原因,故在实际设计中应基于两种形式的剪切破坏分别加以计算分析。
二、病害分析
(1)桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值。工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随着交通量的增大,现行铺装与重型超重型汽车的增多和车速的增快已不相适应。桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击,桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形,因此桥面铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的结构造均影响其应力的分布。
(2)随着材料工业的发展,桥梁承重结构的改进,使桥梁主梁能以较柔的结构达到受力的要求,高等级公路大跨桥梁的横向越来越宽。特别在设计计算中侧重于主梁的纵向的计算分析,对桥梁横向刚度重视不足,横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力。
(3)对于连续梁桥、拱桥及悬臂桥梁等桥型结构,由于荷载的作用而产生负弯矩或拉力使桥面铺装层受到拉力的作用而产生负弯矩区裂缝,从而造成桥面铺装的损坏。
(4)在对高速公路进行交通组织管理中,由于车道功能的不同,人为强制地使桥梁结构运营始终處于偏载状态,使主车道的铺装承担了比超车道高得多(量值可达三至四倍)的运营应力水平,因此加快了主车道铺装层的疲劳。特别是随着私营运输业的发展,货运业主为追求短期经济利益,通过改变车厢结构如加长车厢和加高车轴弹簧等使汽车的载重、轴重及轮载成倍增加。这些车辆对铺装层具有严重的破坏作用并使桥梁结构局部超载加快了主车道铺装层的病害发展。因此,在设计中应根据运营中车辆荷载的实际分布情况,在明确了桥梁结构受力的基础上,对桥面铺装层进行受力计算。
目前关于桥面铺装的研究还很不成熟,并且现有研究主要集中在材料设计和铺装技术等方面,而关于理论分析和结构计算的研究很少。合理解决桥面铺装问题需要从理论分析和结构计算两方面入手,真确的理论基础是根本,合理的力学模型是关键。通过计算分析与实测对比,较好的解决如上述的接触模型、荷载简化等问题,搞清其他因素的影响;还要加强对模型尺寸及收敛条件的研究;在条件允许的情况下,加强对其动力性的研究。在分析铺装层破坏坏形式的基础上,确定关键因素,提出控制指标并建立相应的破坏准则,为设计提供依据,要达到这一目标需要做大量的基础性研究。