瀝青混凝土橋面鋪裝早期病害原因分析(四)

　　合理的有限元模型是計(jì)算分析的前提，從目前的研究狀況來看，主要有如下幾個(gè)方面急需探討。
　　對于橋面鋪裝，如何假設(shè)及模擬層間接觸狀況是有限元建模一個(gè)很重要的問題。對于不設(shè)防水層的情況，可以借鑒復(fù)合路面的處理方式。胡長順[12]等人在進(jìn)行復(fù)合路面結(jié)構(gòu)分析時(shí)，利用各向異性線彈性理論和三維有限元的方法，構(gòu)造了一種正交各向異性接觸模型，模擬板與地基之間的接觸情況。黃曉明[13]和劉玉榮[14]等人分別在對舊水泥混凝土路面混凝土加鋪層和水泥混凝土瀝青混凝土復(fù)合路面進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)，接觸面采用了Goodman夾層單元模型模擬既非完全連續(xù)又非完全光滑的接觸狀態(tài)。Goodman模型是由Goodman等人最先提出的用于模擬巖體節(jié)理的一種特殊單元，將它運(yùn)用于夾層即為夾層單元。夾層單元由兩個(gè)面組成，兩個(gè)面之間假想由無數(shù)微小彈簧連接，單元厚度假定為0，每片接觸面有4個(gè)結(jié)點(diǎn)，一個(gè)單元共有八個(gè)結(jié)點(diǎn)，是一種二維單元。對于設(shè)防水層的情況，實(shí)際施工中防水層的厚度在2～5mm之間，一般約為3mm.由于防水層的厚度很薄，有的學(xué)者將其簡化為一種接觸條件來處理，黃曉明[15]和黃衛(wèi)[16]等人在對設(shè)有防水層的鋼橋橋面鋪裝層進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，同樣采用了無厚度的Goodman夾層單元來模擬防水層的作用，夾層單元與相鄰的夾層單元或鋪裝體單元之間，只有結(jié)點(diǎn)處有力的聯(lián)系。張占軍等人在文獻(xiàn)[11]里在計(jì)算水泥混凝土橋?yàn)r青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)的層間剪應(yīng)力時(shí)考慮了防水層厚度。胡長順[17]等人在利用有限元法對有裂縫夾層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)，對有一定厚度的夾層直接使用三維等參元?jiǎng)澐謫卧?，而對于土工織物這一類的無厚度夾層，則根據(jù)薄膜問題的物理方程與幾何方程推導(dǎo)4結(jié)點(diǎn)矩形單元，建立單元?jiǎng)偠染仃?，進(jìn)行力學(xué)分析。
　　總之，如何模擬層間接觸狀況，特別是如何考慮防水層的影響，是建立合理有限元模型的一個(gè)關(guān)鍵問題，是研究鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的一個(gè)重點(diǎn)。要采取理論計(jì)算與試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)和實(shí)測結(jié)果相對比，尋找一種與結(jié)構(gòu)實(shí)際受力吻合的模型。
　　橋面鋪裝層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu)，如何合理簡化荷載模型，以及如何進(jìn)行橫向和縱向布載，也直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的精確程度。文獻(xiàn)[8，10，11]中在計(jì)算剪應(yīng)力時(shí)參照路面設(shè)計(jì)中的荷載模型，荷載參數(shù)為BZZ-100，p=0.7MP，δ=10.65cm，水平荷載與垂直荷載同時(shí)考慮。黃曉明在文獻(xiàn)[15]中，則對不同的橋跨截面在橫向不同位置進(jìn)行布載，找出最不利的荷位。只有將橋梁結(jié)構(gòu)分析和路面理論結(jié)合起來，才能較好的解決這一問題。
　　另外需要研究的一個(gè)重要問題是，橋梁在荷載作用下產(chǎn)生撓度及其它形變，這些因素對鋪裝層的力學(xué)特性有何影響，如何考慮這些影響，這也是橋面鋪裝不同于一般復(fù)合路面的一個(gè)方面。目前，國內(nèi)還沒有專門針對這方面的討論。
　　合理解決橋面鋪裝問題需要從理論分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算兩方面入手，正確的理論基礎(chǔ)是根本，合理的力學(xué)模型是關(guān)鍵。通過計(jì)算分析與實(shí)測對比，較好的解決如上述的接觸模型、荷載簡化等問題，搞清其它因素的影響；還要加強(qiáng)對模型尺寸及收斂條件的研究；在條件允許的情況下，加強(qiáng)對其動(dòng)力性能的研究。在分析鋪裝層破壞形式的基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵因素，提出控制指標(biāo)并建立相應(yīng)的破壞準(zhǔn)則，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，要達(dá)到這一目標(biāo)需要做大量的基礎(chǔ)性研究工作。
　　5．小結(jié)
　　本文對鋼筋混凝土橋柔性橋面鋪裝的早期病害及其原因進(jìn)行了分析與研究，總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分析的主要方法，提出了用有限元分析需要注意的一些問題，指出了今后主要的研究方向。
　　當(dāng)務(wù)之急是加快對瀝青混凝土橋面鋪裝的進(jìn)一步研究，以明確橋面鋪裝層各結(jié)構(gòu)層計(jì)算模型、力學(xué)特性及相關(guān)參數(shù)，為橋面鋪裝的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)；同時(shí)，加強(qiáng)對各鋪裝層材料的材料性能指標(biāo)和測試技術(shù)的研究，開發(fā)適應(yīng)橋面破壞機(jī)理的新材料；另外，還要改進(jìn)鋪裝技術(shù)及提高施工質(zhì)量，保證設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性，從根本上解決橋面鋪裝早期損壞問題。

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