FRP-环氧砾石桥面铺装结构研究

论文摘要

近年来,各国的桥梁建设取得了突飞猛进的发展,但部分桥梁在通车后不久便出现铺装层破坏。随着交通量的增加和荷载等级的提高,桥面铺装的破坏情况越来越严重,既影响车辆正常通行,又需耗费大量人力、物力进行维修,给国家和人民造成巨大的经济损失。因此,加强桥面铺装研究具有非常重要的现实意义。在广泛调查分析桥面铺装病害,总结国内外桥面铺装己有研究成果的基础上,结合FRP复合材料的优良特性及其在桥梁工程中的应用,重庆交通大学复合材料课题研究组自主研发了一种新型的FRP—环氧砾石桥面铺装结构,提出了本文的研究内容。首先,本文进行FRP—环氧砾石铺装结构设计和材料制备,该铺装结构具有轻质高强、防水、耐腐蚀、保温隔热、抗滑耐磨等优良性能。因该铺装结构的FRP底板与桥面板粘结牢固,能够起到防水作用,故不用设置专门的防水层,达到“一层多用”的效果。其次,为了保证铺装结构的设计质量,对铺装结构所组成的FRP顶底板、FRP空心方管、环氧砾石进行一系列材料基本的力学性能试验,分别测试它们常规的强度、弹性模量、硬度等基本物理力学性能,以及饱水、较高温度下的力学性能;对桥面铺装开展结构性能试验研究,采用平压和侧压的两种加载方式,系统研究铺装结构的受力、变形和破坏规律。试验结果表明,铺装材料具有强度高、层间粘结性能良好等特点,铺装结构的整体受力性能得到保证,能够满足车辆荷载的基本受力要求。第三,采用ANSYS有限元分析软件分别建立平压试验模型、铺装结构模型和对比模型,对铺装结构进行了系统全面的受力分析。计算结果表明,试验模型计算的竖向变形值与平压试验所得的变形值比较吻合;铺装结构在车辆、温度荷载作用下的应力、变形能够满足要求;FRP—环氧砾石铺装结构比水泥混凝土铺装结构在界面上的粘结性能更具有优越性。最后,探讨FRP—环氧砾石铺装结构的施工工艺,并将该铺装结构在试点工程中应用,至今铺装效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混凝土桥梁桥面铺装存在的病害和原因分析
• 1.2.1 混凝土桥梁铺装结构的病害形式
• 1.2.2 铺装病害原因分析
• 1.3 国内外桥面铺装结构研究现状
• 1.3.1 国外桥面铺装研究
• 1.3.2 国内桥面铺装研究
• 1.4 桥面铺装研究中还需进一步解决的问题
• 1.5 课题研究意义和研究内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 本文研究的主要内容
• 第二章 FRP—环氧砾石桥面铺装结构的提出
• 2.1 FRP 的特性及在桥梁工程中的应用
• 2.1.1 FRP 的特性
• 2.1.2 FRP 在桥梁工程中的应用
• 2.2 FRP—环氧砾石桥面铺装结构型式
• 2.2.1 铺装结构型式
• 2.2.2 铺装结构构造特点
• 2.3 FRP—环氧砾石铺装结构组成材料设计及制备
• 2.3.1 FRP 底板和顶板
• 2.3.2 拉挤玻璃钢方管
• 2.3.3 环氧砾石
• 2.3.4 环氧泥胶
• 2.4 FRP—环氧砾石桥面铺装特性分析
• 2.4.1 铺装结构的质轻高强性
• 2.4.2 铺装结构的防水、耐腐蚀性
• 2.4.3 铺装结构的保温隔热性
• 2.4.4 铺装结构的抗滑、耐磨性
• 2.5 本章小结
• 第三章 FRP—环氧砾石铺装结构的试验研究
• 3.1 铺装结构的基本材料力学性能试验
• 3.1.1 FRP 顶板和底板试验
• 3.1.2 FRP 空心方管试验
• 3.1.3 环氧砾石试验
• 3.2 铺装结构的材料热性能、耐水及硬度试验
• 3.2.1 FRP 板耐水性试验
• 3.2.2 FRP 板耐高温试验
• 3.2.3 硬度试验
• 3.3 铺装结构模型试验
• 3.3.1 平压试验
• 3.3.2 侧压试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 FRP—环氧砾石铺装结构有限元分析
• 4.1 有限元基本思想及其ANSYS 简介
• 4.1.1 有限元基本思想
• 4.1.2 ANSYS 软件简介
• 4.2 结构平压试验的有限元计算验证
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 计算结果及其分析
• 4.3 FRP—环氧砾石桥面铺装结构受力分析
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 计算结果及受力分析
• 4.4 FRP－环氧砾石铺装结构与混凝土铺装结构对比分析
• 4.4.1 模型的建立
• 4.4.2 两种铺装结构界面粘结性能对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 FRP—环氧砾石铺装结构的工程应用
• 5.1 FRP—环氧砾石桥面铺装结构的施工技术
• 5.1.1 铺装结构的工艺流程
• 5.1.2 施工工艺
• 5.2 FRP—环氧砾石铺装结构与一般铺装结构施工技术的比较
• 5.3 FRP—环氧砾石铺装结构的工程应用
• 5.3.1 试点工程的选取
• 5.3.2 铺装维修改造技术方案
• 5.3.3 铺装结构的施工工艺
• 5.3.4 FRP—环氧砾石铺装结构的使用效果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 研究成果和结论
• 6.2 本文的进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果