论文总字数：14628字

摘 要

伴随着我国交通事业的迅速发展，大跨径桥梁建设的步伐也逐步加快，其中基于正交异性板的钢箱梁的应用越来越普遍。但钢箱梁桥面铺装层与正交异性钢板性能差异明显，在行车荷载、温度变化及钢桥面局部变形等因素的综合影响下，易导致桥面铺装出现层间滑移、开裂等病害，影响交通顺畅阻碍经济发展。大量的工程实践表明，若要提高钢箱梁桥面铺装的服役寿命需要有新的设计思路。

本文针对目前钢箱梁桥面铺装发展现状，从铺装层结构入手，提出一种新的设计思路——超高性能混凝土组合式桥面铺装，并从力学分析的角度出发，研究铺装层厚度、弹性模量等参数对钢桥面铺装层受力的影响。

分析表明：铺装层和钢板间粘结破坏的主要控制指标设置为最大横向剪应力；铺装层弹性模量的增加（减少），会相应增加（减少）最大主应力、最大横向拉应力、最大纵向拉应力，但是最大剪应力会随着铺装层弹性模量的增加而变小，反之亦然。

关键词：桥面铺装；有限元分析；力学分析

Abstract

With the rapid development of my country's transportation industry, the construction of large-span bridges has gradually accelerated, and the application of steel box beams based on orthotropic plates is becoming more and more common. However, the performance difference between the steel box girder deck pavement and the orthotropic steel plate is obvious. Under the combined influence of driving load, temperature change and local deformation of the steel deck, it is easy to cause interlayer slip and cracking on the deck deck pavement Other diseases, affecting the smooth traffic and hindering economic development. A lot of engineering practice shows that if you want to improve the service life of steel box girder deck pavement, new design ideas are needed.

In this paper, based on the current development status of steel box girder deck pavement, starting from the pavement structure, a new design idea-ultra-high performance concrete combined bridge deck pavement is proposed. The influence of parameters such as the thickness of the pavement layer and elastic modulus on the stress of the steel deck pavement layer.

The analysis shows that the main control index of the bond failure between the pavement layer and the steel plate is set to the maximum transverse shear stress; the increase (decrease) of the elastic modulus of the pavement layer will correspondingly increase (decrease) the maximum principal stress, the maximum lateral tensile stress, The maximum longitudinal tensile stress, but the maximum shear stress will become smaller as the elastic modulus of the pavement increases, and vice versa.

Keywords：Bridge deck pavement; finite element analysis; mechanical analysis

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及国内外研究现状 1

1.1.1 本文研究的背景及其实际意义 1

1.1.2 国外的研究现状 2

1.1.3 国内研究现状 3

1.2 研究方法和技术路线 4

第2章 钢桥面铺装力学控制指标 5

2.1 最大拉应力和拉应变控制指标 6

2.2 最大剪应力指标 8

2.2.1 粘结层破坏 8

2.2.2 铺装层材料的剪切破坏 8

2.3 车辙 9

2.4 低温缩裂 9

第3章 铺装参数影响 11

3.1 构建局部有限元模型 11

3.1.1 有限元的基本原理 11

3.1.2 基本假设 11

3.1.3 有限元基本参数及单元选取 11

3.2 对铺装层进行应力分析 13

3.2.1 上面层应力分析 13

3.2.2 下面层受力状态分析 15

3.2.3 铺装层与钢板间剪应力分析 18

第4章 铺装层初步设计 20

第5章 总结 23

5.1 结论 23

5.2 研究展望 23

参考文献 25

致 谢 27

绪论

研究目的及国内外研究现状

本文研究的背景及其实际意义

随着我国综合国力的不断发展，国家对公路桥隧的投入也与日俱增，交通网络得到了飞速发展。在近几十年来我国建造了数十座大跨径的桥梁，如：南京长江四桥、江阴长江大桥、舟山西堠门大桥、鄂东长江大桥等等。但是由于大跨径桥梁一般都在大江、大河甚至于海峡上，环境复杂，气候多变，这就对我国的大跨径桥梁建设技术提出了更为严苛的要求。对于大跨径的桥梁，一般采用钢桁梁或者钢箱梁，二者在设置纵肋和横隔板密度时，桥面板的纵肋设置的会比较集中，横隔板则相反，这样会导致在两个正交的方向上，刚度会产生巨大区别，进而在这两个正交方向的力学性能有所区别，这种结构因此得名为正交异性板，这种结构首先运用于大型船舶的建造，后来发现可用于大型桥梁，并且有着出众的力学性能和优秀的经济性能，适合于大跨径桥梁。德国首先运用这种结构来建设桥梁，取得了成功，之后，各国也利用这种技术来建造大跨径桥梁。

随着现在桥梁的跨度与日俱增，如何解决结构自重对桥梁的影响成了设计大跨径桥梁难以绕过的阻碍。现在的大跨径桥梁为了减少自重一般采用薄层沥青混凝土铺装层，同时还能提升行车舒适性，也会采用具有自重轻、施工周期短等优良性能的正交异性板薄壁钢箱梁。但是因为正交异性钢桥面板柔性大、刚度低，在重型车辆载荷、风载荷和极端温度下会出现局部变形过大的问题，因而对钢桥面板铺装层的变形特性、强度、耐久性的要求会比一般道路铺装层更高，一直是桥梁工程的工程技术难点。我国完成建设的不少大跨径桥梁在投入运营之后铺装层都出现了或多或少的问题，如车辙、疲劳开裂、粘结层脱落、推移等，给大跨径桥梁的正常使用带来了威胁，直接影响到桥梁的耐久性和使用效益，甚至不少桥梁建成运营不久就要进行重新铺装甚至三次铺装，造成了巨大的损失。

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