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FES钢桥面铺装新结构长期使用性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 钢桥面铺装结构技术现状

1.1.1 钢桥面铺装结构特点

1.1.2 国内外发展现状

1.1.3 钢桥面铺装结构的主要病害

1.2 FRP-环氧砾石-沥青混凝土钢桥面铺装新结构的研究意义

1.3 本文研究的主要内容

第二章 FES钢桥面铺装结构的提出及试验研究现状

2.1 FES钢桥面铺装结构材料简介

2.1.1 FRP材料特性及在工程中的应用

2.1.2 环氧砾石材料简介

2.2 FES铺装结构的结构形式及材料组成

2.2.1 新铺装结构的合理结构形式研究

2.2.2 FES钢桥面铺装最优材料组成研究

2.2.3 FES钢桥面铺装结构设计研究

2.3 FES钢桥面铺装试验研究现状

2.3.1 路用性能试验

2.3.2 重复荷载弯曲疲劳试验

2.3.3 界面剪切试验

2.4 本章小结

第三章 FES钢桥面铺装结构长效耐腐蚀性能试验研究

3.1 钢桥面铺装对防水防腐体系的性能要求

3.2 目前常见的钢桥面防腐措施

3.2.1 富锌漆涂层体系

3.2.2 电弧喷锌涂层体系

3.3 选择FRP材料的理由

3.4 试验目的、意义及思路

3.5 钢箱长期浸泡腐蚀试验

3.5.1 试验准备

3.5.2 试验步骤

3.5.3 试验结果

3.6 浸泡后的界面强度试验

3.6.1 剪切试验的方法及评价指标

3.6.2 试验试件

3.6.1 试验准备

3.6.2 试验结果

3.7 本章小结

第四章 FES钢桥面铺装结构自然温度下长期变形规律试验

4.1 试验目的、意义及设计思路

4.2 钢桥面铺装结构所处的温度环境

4.3 SMA沥青混合料的温度效应

4.4 试验设计

4.4.1 试验准备

4.4.2 试验步骤

4.4 试验数据分析

4.4.1 日循环温度作用下挠度变化规律

4.4.2 荷载—温度长期作用下结构的变形规律

4.4.3 季节性温度循环下结构的变形规律

4.5 本章小结

第五章 FES钢桥面铺装结构试验模型长期变形数值模拟

5.1 计算基本假定

5.2 材料的蠕变模型

5.2.1 沥青混合料蠕变模型

5.2.2 钢材的蠕变模型

5.2.3 本文中蠕变模型参数取值

5.3 模型建立

5.4 数值分析结果

5.4.1 加载初期跨中变形

5.4.2 试验期间的挠度值

5.4.3 长期挠度预测

5.5 本章小结

第六章 FRP钢桥面铺装结构的实桥长期变形模拟

6.1 工程背景

6.2 计算假定

6.3 计算荷载

6.3.1 永久作用

6.3.2 可变作用

6.3.3 可变荷载作用面积

6.3.4 荷载作用时间

6.4 建立实桥局部模型

6.5 分析结果

6.5.1 永久荷载作用下的变形

6.5.2 可变荷载作用下的变形

6.5.3 长期变形趋势

6.6 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 研究成果和结论

7.2 本文的进一步研究展望

致谢

参考文献

在读期间发表的论文及科研成果

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摘要

钢桥面铺装,尤其是大跨径和重载交通条件下的钢桥面铺装,一直是国内外桥梁工程界和学术界高度关注的问题。传统的沥青混凝土钢桥而铺装结构常常因粘结防水层薄弱而导致结构未达到设计使用寿命而提前破坏,影响桥梁结构的正常使用。本文介绍了一种新型桥面铺装结构—FRP-环氧砾石-沥青混凝土(简称FES)钢桥面铺装,该铺装结构通过引入FRP层和环氧砾石层代替传统的防水粘结层,以期解决传统钢桥而铺装结构中的粘结防水层薄弱这一问题。本文通过试验研究、数值模拟的手段,研究了该铺装结构中FRP层的加入对钢桥面的长期防腐保护性能以及在荷载—温度共同作用下铺装结构的长期变形性能。
  首先,介绍了新铺装结构的结构、材料选择,从理论上论述了该铺装结构的材料优越性、功能满足性、施工可行性,并介绍了该铺装结构的路用性能、弯曲疲劳性能、界面剪切性能等试验研究现状,证明该铺装结构能够满足预期的结构强度和使用功能要求;
  其次,进行了FRP层对钢箱梁的长期防腐保护性能试验,采用酸、碱、盐三类溶液,对FRP外壳保护的钢箱试件进行了为期180天的浸泡,并用传统的环氧寓锌漆涂层保护试件作为对照组在同样的条件下进行试验,采用表观观察和失重率指标来评价二者对钢箱的的长期防腐蚀保护性能;将浸泡后的FRP保护钢箱试件制作成剪切试件,测定其浸泡后的界而剪切强度,与未经浸泡的剪切试件试验结果进行对比,计算出其界面剪切强度保留率。试验证明:FRP层对钢桥而板的防腐蚀保护性能优于传统的环氧富锌漆,且具有较高的界而强度保留率,能够为钢桥面板提供长效保护;
  再次,进行了新铺装结构试验梁在自然温度变化及恒荷载耦合作用下其跨中变形的长期观察试验研究。试验结果表明:日温差变化对铺装结构的变形有较大影响,将导致结构挠度的局部变化;长期荷载的作用是导致铺装结构变形的主要因素;
  最后,采用有限元分析软件ANSYS对试验条件下试验梁的变形进行了数值模拟,在模拟中考虑了材料的蠕变特性,利用ANSYS中提供的蠕变模型进行模拟,并抓住挠度主要影响因素—长期荷载的作用,进行恒定温度下的变形模拟。数值模拟结果与试验观察的结果吻合较好,说明采用数值模拟的方法计算试件的长期变形是可靠的。基于上述分析的可靠性,以重庆鹅公岩大桥为工程背景,建立桥面系的局部模型并分析其长期变形。

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