钢桥面铺装的弯曲行为研究:多尺度建模方法

疲劳开裂及层间粘结失效等正成为影响我国公路钢桥沥青铺装层使用品质及桥面钢板疲劳寿命的主要病害。研究钢桥面铺装的弯曲行为,对于完善钢桥面铺装结构设计理论、提高我国钢桥面铺装的使用品质、延长桥面钢板焊缝的使用寿命具有重要的科学意义与应用价值。本项目旨在建立整合材料特性与结构响应的钢桥面铺装弯曲行为理论,采取"钢板-铺装层界面特性→铺装混合料弯曲特性→钢板-铺装层的复合作用→实际钢桥面铺装结构"的多尺度方法，研究确定钢-沥青混合料界面的剪切-滑移模型及本构参数、沥青铺装层与钢板间的复合作用及钢桥面铺装结构的非线性弯曲行为，发展一套确定模型参数及用于分析评价钢桥面铺装性能的理论工具，为钢桥面铺装的设计计算、铺装服役状态的快速评估及预防性养护奠定理论和技术基础。

本项目采用多尺度方法研究了钢桥面铺装的弯曲行为，运用内聚力模型研究了层间界面特性对钢桥面铺装结构的影响，提出了采用基于部分共同作用原理的Timoshenko层合梁模型描述钢桥面铺装弯曲行为并编制了相应的算法程序，建立了钢桥面铺装层疲劳寿命的预估方法与程序，研究结果可用于钢桥面铺装的结构设计及寿命估算。.（1）.钢桥面铺装的不利响应以横向局部反弯为主，扭转效应对横向拉应力贡献率为12%。.（2）.轮载向横隔板移动时，横向局部反弯渐趋对称，该对称反弯可简化为简支复合梁与连续复合梁，而后者亦可描述扭转效应。.（3）.基于CZM模型的研究表明，层间粘结特性对钢桥面铺装的弯曲响应影响显著，在确保粘结强度时，提高粘结层材料的变形能力有助于改善铺装层的受力。.（4）.通过相对变形指标，建立了当量复合结构与钢桥面铺装的等效法则，与BZZ-100等效的室内疲劳荷载约为3.8kN；双轮组荷载的轴载换算指数为5.74，双联轴与三联轴荷载的当量系数分别为1.39与1.85。.（5）.建立了考虑车辆轮迹概率分布的钢桥面铺装层累积损伤的算法与程序。