公铁两用钢桁架连续梁桥面铺装组合结构研究

摘要

公铁两用大桥公路桥面铺装结构在公路、铁路复杂耦合荷载作用下，容易率先破坏成为公铁两用大桥安全营运的薄弱环节。本论文以公铁同面的连续钢桁架梁桥为研究背景，拟采用“高强增韧钢纤维轻集料混凝土+剪力钉+钢筋网+SMA沥青混凝土”的钢桥面铺装组合，同时在钢纤维水泥混凝土与SMA13面层间设置高粘高弹应力吸收层。以上新型钢桥面铺装思路，可显著改善桥面铺装组合与正交异性钢板之间的界面抗剪强度和协同一致变形能力，从而全面提升公铁两用大桥的桥面铺装层承载能力、耐久性、防水及抗滑移开裂能力。
　　本研究主要内容包括：⑴基于梯度匹配的钢桥面铺装体系组合材料性能需求分析。通过铺装材料的弹性模量、泊松比、温度线膨胀系数和强度等指标分析，初步探索了钢桥面铺装对材料性能梯度匹配的需求。⑵公铁同面连续钢桁架梁桥面铺装有限元模型及控制参数分析。分别建立了公铁同面连续钢桁架桥面铺装结构的整桥模型和局部模型，经分析对比上述两个模型荷载响应差异，选取局部三跨模型为公铁同面桥面铺装系统有限元分析模型。经研究确定各铺装层最大横向拉应力、层间剪应力和相对挠度为力学控制参数。⑶桥梁特性及公路-铁路耦合荷载影响研究。研究了桥梁跨径、整桥曲率及动力特性对桥面铺装体系相对变形及应力响应的影响。研究并确定了最不利车轮荷载位置，详细分析公路--铁路耦合静力荷载对公铁同面钢桁架梁桥面铺装组合影响，结果表明铁路荷载对公铁同面的钢桁架梁桥面铺装体系影响很大。⑷“剪力钉+钢纤维轻集料混凝土”桥面铺装体系设计与优化。利用局部三跨有限元模型，分析确定了剪力钉间距、直径、高度，铺装层弹性模量和厚度组合参数，并与常见钢桥面铺装方案进行了对比分析，结果表明本方案完全能满足公铁同面连续钢桁架桥面铺装的需求。⑸“剪力钉+钢纤维轻集料混凝土”桥面铺装体系材料及模型试验。完成了高强增韧钢纤维轻集料混凝土弯曲韧性试验，其弯曲韧性指数I20达到23.42。通过模型试验，研究了剪力钉间距、高度、直径，铺装结构厚度组合等设计参数对抗弯拉疲劳性能的影响规律，确定钢桥面铺装层组合结构的设计参数，研究结果表明新型钢桥面组合铺装结构控制应变700、10Hz下抗弯拉疲劳寿命达到1000万次以上，完全能满足公铁同面钢桁架梁桥面铺装系统的需求。

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第1章 研究背景

1.1国内外研究概况

1.2目的与意义

1.3本文的主要研究内容

第2章 钢桥面铺装结构与材料的梯度分析

2.1铺装材料弹性模量影响

2.2铺装材料泊松比及线膨胀系数影响

2.3铺装材料强度性能需求

2.4新型梯度匹配钢桥面铺装方案

2.5 本章小结

第3章 公铁两用大桥钢桥面铺装结构分析基本理论与实用分析方法

3.1钢桥面铺装结构分析基本理论

3.2 钢桥面铺装结构有限元分析方法

3.3 本章小节

第4章 枝城公铁两用大桥桥面铺装力学分析模型

4.1枝城长江公铁两用大桥及公路桥面铺装系统简介

4.2枝城长江公铁同面桥桥面铺装整体有限元模型分析

4.3枝城大桥公路桥面铺装子模型分析

4.4 本章小节

第5章 桥梁特性及公路-铁路耦合荷载对桥面铺装系统的影响研究

5.1 桥梁特性对公铁两用钢桁架梁桥面铺装体系力学响应分

5.2公路--铁路耦合荷载对枝城大桥桥面铺装系统的影响

5.3公路超载对钢桁架梁桥面铺装的影响

5.4 本章小结

第6章 枝城公铁两用大桥桥面铺装组合结构参数分析

6.1 剪力钉参数分析

6.2铺装材料弹性模量影响分析

6.3 枝城长江公铁两用大桥铺装组合厚度优化

6.4常见铺装方案对比分析

6.5 枝城公铁两用大桥新老桥面铺装方案对比

6.6 本章小结

第7章 组合结构疲劳试验及工程应用

7.1 组合铺装结构疲劳性能研究

7.2 结构参数对疲劳性能的影响

7.3 钢板与混凝土层组合铺装结构的抗弯拉疲劳性能研究

7.4 工程应用

7.5 本章小结

第8章 结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及参加的工程项目