文档介绍：水泥混凝土桥沥青铺装层病害成因有限元分析
陈太泉
武汉理工大学土木与建筑学院,武汉(430070)
E-mail:ctq9609011@
摘要:近年来,随着我国公路桥梁建设的快速发展,桥面铺装发生早期病害的问题已引起重
视。为解决此类问题,了解病害的原因是非常必要的。本文采用有限元分析模型,对桥面铺
装的剪切破坏和开裂破坏原因进行了计算分析。分析中充分考虑铺装层内部因素和外部因素
的影响,模拟了实际情况中的各种工况,最终找出了引起桥面铺装层剪切破坏和开裂破坏的
根本原因。分析结果对铺装层的设计和施工有一定的借鉴意义。
关键词:沥青铺装层,病害成因,剪切破坏,开裂破坏,有限元

1. 引言
桥面铺装层是桥梁结构的重要组成部分,其直接受车轮作用,防止车轮轮胎直接磨耗行
车道板、保护主梁免受雨水侵蚀、并对车辆轮重的集中起分布作用。铺装层的质量好坏和使
用耐久性直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁的耐久性及投资效益。近年来,随着交通
流量和重型车辆的增加以及环境因素的影响,桥面铺装损坏情况越来越严重。有的桥梁在投
入营运后不久,铺装层上便出现了裂缝、拥包、车辙、碎裂、脱落等破坏现象。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,所带来的经济损失也是不可估量的。
桥面铺装病害已成为我国公路界普遍关注的问题[1~2]。
了解病害产生的原因是解决桥面铺装病害问题前提条件,这是十分必要和迫切的。文献
[3~6]都从铺装结构受力特点、铺装材料性能、桥面铺装施工等几个方面对桥面铺装病害原
因进行分析,然而,他们仅对病害原因作了比较笼统的定性描述或推断。鉴此,本文利用有
限元分析软件,建立包含桥面铺装层及防水粘结层的桥梁实体,模拟铺装层在各种条件下的
受力状况,结合计算结果和实验数据或已有实验研究成果,通过对比分析,对铺装层病害原
因做进一步的分析和阐述,以期对其有更深一步的了解。
2. 分析模型
本文选取典型的 T 形梁桥和箱形梁桥,实桥尺寸见表 1。采用有限元程序空间实体建模,
建立的 T 形梁桥和箱形梁桥如图 1、2 所示。其中,用 solid95 单元来模拟主梁混凝土、用
link8 单元来模拟预应力钢绞线、用 solid65 单元模拟铺装层及防水粘结层。边界条件为桥梁
两端固结,不考虑下部结构。经比较确定:网格密度最密划分至 2×2×2cm,而连续梁远离
负弯矩区划分至 100cm。

表 1 桥梁参数
桥梁形式横截面跨径顶板厚肋板
T 形梁 5片梁共宽 12m 30m ~
箱形梁 4片梁共宽 12m 30m ~

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图 1 T 形梁桥有限元模型图 2 箱形梁桥有限元模型
Fig1 T shape bridge finite element model Fig2 box shape bridge finite element model

车辆荷载采用均布荷载,荷载作用面积现行《公路工程技术规范》规定的轮胎接地形状
由圆形面积等效转换成 m× m 矩形面积,保持两轮中心间距不变。在不考虑超
载情况下,取汽-超