混凝土桥梁桥面防水结构力学性能的有限元分析

论文摘要

混凝土桥梁,由于防水问题一直没有得到足够的重视,导致其过早地遭到破坏,尤其沥青混凝土桥面铺装层普遍出现了各种病害,直接影响了行车的安全和桥梁结构的耐久性,给交通带来了很大的不便,造成了巨大的经济损失,没有达到预期投资的经济效益。到目前为止,我国仍没有关于桥面防水方面的规范和标准,因此,对桥面防水材料及防水层的设置进行理论和试验研究,找到行之有效的解决桥梁的水损害问题的方法,为铺装结构设计提供理论依据,具有重要的理论意义和应用价值。本文从桥梁的水损病害调查入手,并结合国内外最新研究成果,分析了出现病害的原因及破坏机理。通过正交试验设计方法,对桥面柔性防水材料的抗剪切性能、透水性能和抗施工损伤性能等方面进行了室内试验,结果表明,环境温度对防水粘结层抗剪强度影响最明显,设置保护层（撒布碎石）且厚度为1.5mm的防水层防水效果最好,在防水性能方面,胶粉改性沥青有较大优势,且能满足抗渗要求。最佳防水层设置方案为厚度为1.5mm,撒布粒径为5-10mm碎石保护层的胶粉改性沥青防水层。沥青混合料是典型的粘弹性材料,而现有理论对桥面铺装结构在该方面的研究还几乎是空白。本文以实体工程桥面铺装结构为依托,采用通用有限元分析软件ABAQUS,对沥青混凝土桥面铺装结构进行线弹性及线粘弹性分析,结果与试验结果符合较好,且可得出按线粘弹性分析的结果较按线弹性分析的结果更接近于实际,并通过分析得出了各参数对桥面结构最大剪应力的影响趋势。结合试验研究可得最佳桥面铺装结构为:胶粉改性沥青防水层,厚度为1.5mm,撒布5～10mm单粒径碎石,撒布率为60%～70%,沥青混凝土面层的厚度为13cm左右。最后,探讨了防水粘结层的施工技术问题,以供施工参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的意义及发展概况
• 1.1.1 选题的意义
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.1.3 试验方法
• 1.2 防水材料综述
• 1.2.1 刚性防水
• 1.2.2 柔性防水
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 桥梁常见水害及产生原因分析
• 2.1 病害调查
• 2.2 病害原因分析
• 2.2.1 材料的影响
• 2.2.2 设计方面原因
• 2.2.3 施工方面原因
• 2.2.4 其它方面的原因
• 2.3 本章小结
• 第三章 防水材料性能研究
• 3.1 防水材料路用性能室内试验
• 3.1.1 层间抗剪性能试验研究
• 3.1.2 透水性能试验研究
• 3.2 抗施工损伤性能室内试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 混凝土桥梁桥面防水力学性能分析
• 4.1 混凝土桥梁桥面力学计算理论
• 4.1.1 沥青混凝土铺装的结构特性
• 4.1.2 粘弹性基础理论
• 4.1.3 线粘弹性问题的求解
• 4.2 沥青混凝土铺装结构线粘弹性计算
• 4.2.1 线弹性力学解
• 4.2.2 线粘弹性力学解
• 4.3 结果分析
• 第五章 桥面防水层施工技术
• 5.1 桥面防水层的施工技术
• 5.1.1 防水材料的选择
• 5.1.2 防水层的施工
• 5.2 防水层的质量检测
• 5.3 实体工程
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 实体工程桥面防水层施工
• 5.4 本章小结
• 第六章 本文结论及今后的发展
• 6.1 本文结论
• 6.2 今后进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间取得的科研成果