大跨径钢桥面沥青铺装层裂缝病害研究

论文题目: 大跨径钢桥面沥青铺装层裂缝病害研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 道路与铁道工程

作者: 敬淼淼

导师: 钱振东

关键词: 桥面铺装,裂缝,有限元分析,奇异单元,应力强度因子

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 桥面铺装是大跨径钢桥建设中的一个技术难点,其使用条件和使用要求都远高于道路路面,随着我国大跨径桥梁的大规模建设,钢桥面沥青铺装层的开裂破坏问题日益受到国内研究者的关注。本文从力学的角度对桥面铺装进行深入研究,寻求铺装层裂缝的形成及扩展机理,可为铺装层材料、结构设计提供理论参考。本文通过对大跨径钢桥面沥青铺装层裂缝病害情况的跟踪调查,归纳分析了沥青铺装层裂缝的主要类型和破坏形态,调查发现轮迹带下的U型肋顶上方出现了较多裂缝,纵缝是主要的破坏形式,在未进行及时修补的情况下,裂缝将会继续扩展。提出采用20节点等参单元,裂缝奇异单元模型,建立线弹性断裂力学有限元模型,该计算模型能反映出裂缝尖端的应力场特性解决了裂缝尖端应力奇异性。论文研究对比了钢桥面沥青铺装层无裂缝和带裂缝工作状况下铺装层的受力,研究表明,沥青铺装层的纵向裂缝的发展易引起横向次生裂缝的产生,而横向次裂缝的产生又恶化了桥面铺装的受力状态,促使纵向裂缝有进一步扩展的趋势。运用有限元法计算应力强度因子,分析沥青铺装层的破坏情况和桥面铺装系统各参数对裂缝尖端应力的影响,得到各参数对影响裂缝扩展的敏感性。结果表明裂缝扩展的形式和速率受到铺装层开裂的长度和深度影响,应在其扩展到最不利情况前及时修补;沥青铺装层厚度和模量对铺装层受力和裂缝扩展的影响较大,敏感性较强。本研究成果可以预测裂纹的发展趋势,找出最有利的结构组合,减少裂缝产生,控制和消除裂缝扩展。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究概况

1.3 本文研究的内容和技术路线

第二章 应力强度因子的有限元解法

2.1 断裂力学的基本理论

2.1.1 裂缝扩展的三种基本形式

2.1.2 能量平衡原则

2.1.3 线弹性裂纹尖端奇异场

2.1.4 应力强度因子

2.1.5 断裂韧度与断裂准则

2.2 应力强度因子的有限元解法

2.2.1 有限元方法概述

2.2.2 20 结点空间等参单元

2.2.3 奇异等参单元

2.2.4 应力强度因子的计算

2.3 小结

第三章 大跨径钢桥面铺装裂缝病害调查

3.1 桥面铺装沥青铺装层裂缝的主要类型

3.2 江阴大桥钢桥面铺装裂缝病害情况调查

3.3 钢桥面铺装不规则微裂缝病害情况调查

3.4 小结

第四章 钢桥面沥青混凝土铺装层断裂应力分析

4.1 钢桥面铺装计算模型

4.1.1 裂缝模型形式

4.1.2 裂缝附近网格划分

4.2 钢桥面铺装极限受力位置分析

4.2.1 等厚度钢板铺装体系极限受力位置分析

4.2.2 变厚度钢板铺装体系最不利受力位置分析

4.3 沥青混凝土铺装层断裂应力有限元分析

4.3.1 分析模型

4.3.2 带纵向裂缝的钢桥面铺装有限元分析

4.3.3 带横向裂缝的钢桥面铺装有限元分析

4.4 小结

第五章 钢桥面系统各项参数敏感性分析

5.1 铺装层破坏情况对裂缝尖端应力的影响

5.1.1 铺装层开裂长度的影响分析

5.1.2 铺装层开裂深度的影响分析

5.1.3 单条裂缝和两条平行裂缝比较

5.2 沥青混凝土铺装层厚度和模量的敏感性分析

5.2.1 铺装层厚度的敏感性分析

5.2.2 铺装层模量的敏感性分析

5.3 横隔板间距的敏感性分析

5.4 小结

第六章 结论与进一步设想

6.1 本文主要研究工作

6.2 进一步设想

参考文献

致谢

在研期间发表论文及参加的科研项目

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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