浅谈桥面沥青铺装层厚度变化对铺装层受力的影响分析

王伟霞

(黑龙江省公路勘察设计院)

在行车荷载作用下，桥面铺装层的主要破坏形式有两种:(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;(2)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。

运用ABAQUS 有限元模型，对装配式空心板桥沥青混凝土铺装层内的应力状态进行分析，考虑铺装层厚度的变化对装配式空心板桥桥面铺装层受力的影响进行分析。

为了分析厚度变化对铺装结构应力的影响，分别采用6 cm，8 cm，10 cm，12 cm，14 cm，16 cm 的面层厚度来进行计算分析。在计算过程中，沥青混凝土及桥面水泥混凝土材料参数取值见表1 所示。

表1 材料参数表

(1)不同沥青混凝土面层厚度下，沥青混凝土面层内主应力、正应力及剪应力值如表2 所示及图1、图2 和图3 所示。

表2 沥青混凝土铺筑层应力随厚度变化值

图1 沥青铺装层主应力随厚度变化图

图2 沥青铺装层正应力随厚度变化图

图3 沥青铺装层剪应力随厚度变化图

从表2 和图1、图2、图3 中可以看出:

随着铺装层厚度的增加，沥青混凝土面层内的第一主应力逐渐减小，当沥青混凝土铺装层厚度由6 cm 增加到16 cm时，第一主应力增加了55.9%，可见，增加铺装层厚度对面层内第一主应力非常有利;随着铺装层厚度的增加，各向正应力均有所减小，平均减少约50%;随着铺装层厚度的增加，纵向剪应力最大值与横向剪应力最大值均呈下降趋势，在所有的厚度下沥青铺装层的纵向剪应力均大于沥青铺装层的横向剪应力。随着铺装层厚度的逐渐加大，沥青铺装层的最大纵向剪应力逐渐减小。

(2)水泥混凝土铺装层内主应力、正应力及剪应力如表3 及图4、图5 和图6 所示。

表3 水泥混凝土铺筑层应力随厚度变化值

图4 水泥混凝土层主应力随沥青层厚度变化值

图5 水泥混凝土层正应力随沥青层厚度变化值

图6 水泥混凝土层剪应力随沥青层厚度变化值

从表1 和图4、图5、图6 中可以看出，装配式空心板桥水泥混凝土层的各应力随着沥青铺装层厚度的增加而减少，各应力减少的趋势基本成线性规律，说明随着装配式空心板桥沥青铺装层厚度的增加水泥混凝土层的受力状态将得到改善。

(3)装配式空心板桥桥面铺装层表面的垂直形变能既能反映铺装层与水泥混凝土桥面板的整体强度和刚度，又能反映铺装层的使用性能，表1 ～4 及图1 ～7 是由有限元计算得到的桥面铺装层厚度变化对铺装层表面竖向变形的影响。装配式空心板桥桥面铺装层表面的竖向变形随着厚度的增加而增长。由于厚度的增加使沥青铺装层与桥面板的复合作用增强，再者厚度的增加对荷载起到了很好的分散作用。装配式空心板桥面铺装层竖向变形主要取决于沥青层的压缩变形，在相同的条件下，铺装层内的应力相同，厚度增加时，沥青铺装层表面变形也相应增大。因此，当增加沥青混凝土铺装层厚度来改善桥面铺装性能时，车辙病害增加的可能性也相应增加，所以从抗车辙的角度讲，沥青桥面铺装层的厚度不宜过大。

表4 表面层随沥青层厚度的变化值

图7 铺装层厚度变化对表面层竖向变形的影响

［1］徐世法，季节，等.沥青铺装层病害防治与典型实例［M］.北京人民交通出版社，2004.10［2］中华人民共和国.公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20－2011)［S］.

［3］徐敏.桥面铺装高性能沥青及沥青混合料试验研究［D］.长沙:长沙理工大学，2008.

［4］谭洪河.装配式空心板梁桥桥面铺装纵向裂缝成因分析及防治措施研究［D］.南宁:广西大学，2006.

［5］廖公云，黄晓明.ABAQUS 有限元软件在道路工程中的应用［M］.南京:东南大学出版社，2008.

［6］李惠婷.水泥混凝土桥面沥青铺装层剪切试验研究田［D］.大连:大连理工大学，2008.