瀝青混凝土橋面鋪裝早期病害原因分析

摘要:本文對(duì)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,在總結(jié)當(dāng)前國(guó)內(nèi)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分析主要方法的基礎(chǔ)上,通過(guò)理論分析，提出了用有限元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需要重點(diǎn)研究的幾個(gè)問(wèn)題,指出了今后主要的研究方向。
關(guān)鍵詞:水泥混凝土橋面瀝青混凝土橋面鋪裝早期病害原因分析結(jié)構(gòu)分析1概述
橋面鋪裝層直接承受行車荷載、梁體變形和環(huán)境因素的作用,其變形和應(yīng)力特征與主梁及橋面板結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān),一方面可分散荷載并參與橋面板的受力,另一方面起聯(lián)結(jié)各主梁共同受力的作用;既是橋面保護(hù)層又是橋面結(jié)構(gòu)的共同受力層,所以具有足夠的強(qiáng)度和良好的整體性,并具有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。
近年來(lái)我國(guó)公路橋梁建設(shè)快速發(fā)展,橋梁結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新,大跨橋梁已很普遍,但橋面鋪裝的設(shè)計(jì)與施工仍沿用傳統(tǒng)的習(xí)慣做法,在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)橋面鋪裝層一般不作專門的計(jì)算分析。隨著交通量和重型車輛的增加,橋面鋪裝問(wèn)題普遍[1-6]。這不僅妨礙了正常交通,影響了橋面的美觀,更易造成交通事故,也給維修工作帶來(lái)了很大困難。近年來(lái),人們對(duì)于因橋面鋪裝問(wèn)題造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失給予了足夠的重視。橋面鋪裝的早期損壞已成為影響高速公路使用功能的發(fā)揮和誘發(fā)交通事故的一大病害。
橋面柔性鋪裝能大大緩和行車對(duì)橋面板的沖擊,較易達(dá)到運(yùn)營(yíng)中平穩(wěn)舒適的要求,隨著瀝青材料性能的改進(jìn),應(yīng)用將更加廣泛。但現(xiàn)行規(guī)范[7]對(duì)瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要從所用材料、做法及厚度等方面作了指導(dǎo)性的說(shuō)明,關(guān)于具體的設(shè)計(jì)理論與方法還是空白,鋪裝層的設(shè)計(jì)無(wú)章可循。這就造成了在實(shí)際設(shè)計(jì)中,橋面鋪裝層只作為橋梁工程的附屬結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)者對(duì)其甚少花費(fèi)精力,從而為橋面鋪裝的早期損壞埋下了隱患。因此,應(yīng)加快對(duì)橋面鋪裝,特別是結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理和設(shè)計(jì)理論方面的研究。
2破壞形式
瀝青混凝土橋面鋪裝與正常路面和水泥混凝土橋面鋪裝相比,損壞形式有所不同[8,9]。主要有:①鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力,引起不確定破壞面的剪切變形,或者由于鋪裝層與橋面板層間結(jié)合面粘結(jié)力差,抗水平剪切能力較弱,在水平方向上產(chǎn)生相對(duì)位移發(fā)生剪切破壞,產(chǎn)生推移、擁包等病害;②因溫度變化并伴隨橋面板或梁結(jié)構(gòu)的大撓度而產(chǎn)生的裂隙,在車輛荷載及滲入的水的作用下產(chǎn)生面層松散和坑槽破壞。
歐美自20世紀(jì)70年代以來(lái)在橋面鋪裝中廣泛使用防水層,隨著交通量的增加,出現(xiàn)了一些新問(wèn)題,如面層的早期破損、開(kāi)裂、坑槽、防水層與面層和橋面粘結(jié)強(qiáng)度不足而產(chǎn)生推移等病害。近年來(lái),在我國(guó)的部分地區(qū)如北京、天津等地的橋面防水層也出現(xiàn)了相應(yīng)的病害。
設(shè)防水層的水泥混凝土橋橋面瀝青混凝土鋪裝在行車荷載作用下的破壞形式一般為剪切破壞,常表現(xiàn)為擁包和推移現(xiàn)象。剪切破壞有兩種情況:一是橋面鋼筋混凝土模量遠(yuǎn)大于瀝青混凝土和防水層的模量,加之瀝青混凝土層厚度較薄,瀝青層內(nèi)產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力而引起的無(wú)確定破壞面的剪切變形;二是防水層與瀝青混凝土面層和橋面層間粘結(jié)力不足而發(fā)生剪切破壞。因此,剪切破壞是設(shè)防水層的水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝損壞的主要原因,故在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)基于兩種形式的剪切破壞分別加以計(jì)算分析。
3病害分析
3.1結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)
(1)橋梁的結(jié)構(gòu)理論中對(duì)橋面鋪裝層的計(jì)算分析論述幾近于零,現(xiàn)行規(guī)范中只給定了厚度的推薦值[7],工程界一直在各等級(jí)的公路中運(yùn)用了幾十年。隨著交通量的增大,現(xiàn)行鋪裝與重型、超重型汽車的增多和車速的增快已不相適應(yīng)。橋面鋪裝層直接承受車輪荷載的沖擊,橋面鋪裝部分或全部參與了主梁結(jié)構(gòu)的變形,因此橋面鋪裝是一個(gè)受力復(fù)雜的動(dòng)力體系,各種形式的主梁及鋪裝本身的構(gòu)造均影響其應(yīng)力的分布。
(2)現(xiàn)行橋規(guī)第3.2.2條規(guī)定:……如無(wú)精確的計(jì)算方法,箱形梁也可參照T形梁的規(guī)定處理[9]。從眾多箱梁的設(shè)計(jì)來(lái)看,大部分設(shè)計(jì)者對(duì)箱梁構(gòu)件是按T形梁進(jìn)行處理的。而箱梁的實(shí)際受力雖有近于T梁的一面,又有異于T梁的一面,對(duì)于連續(xù)箱梁差別更大。尤其是近年來(lái)箱梁的橋面越來(lái)越寬,橋跨與橋?qū)捴�比越�?lái)越小,箱梁仍按T梁那種長(zhǎng)細(xì)桿件設(shè)計(jì)配筋,就越來(lái)越不適宜了,導(dǎo)致按

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