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瀝青混凝土橋面鋪裝早期病害原因分析
摘要: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行了分析與研究,在總結當前國內橋面鋪裝結構分析主要方法的基礎上,通過理論分析，提出了用有限元進行結構分析時，需要重點研究的幾個問題,指出了今后主要的研究方向。關鍵詞: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構分析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,其變形和應力特征與主梁及橋面板結構型式密切相關,一方面可分散荷載并參與橋面板的受力,另一方面起聯(lián)結各主梁共同受力的作用;既是橋面保護層又是橋面結構的共同受力層,所以具有足夠的強度和良好的整體性,并具有足夠的抗裂、抗沖擊、耐磨性能。
近年來我國公路橋梁建設快速發(fā)展,橋梁結構不斷創(chuàng)新,大跨橋梁已很普遍,但橋面鋪裝的設計與施工仍沿用傳統(tǒng)的習慣做法,在進行橋梁結構設計時,對橋面鋪裝層一般不作專門的計算分析。隨著交通量和重型車輛的增加,橋面鋪裝問題普遍[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,也給維修工作帶來了很大困難。近年來,人們對于因橋面鋪裝問題造成的直接和間接的經(jīng)濟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橋面板的沖擊,較易達到運營中平穩(wěn)舒適的要求,隨著瀝青材料性能的改進,應用將更加廣泛。但現(xiàn)行規(guī)范[7]對瀝青鋪裝結構的設計主要從所用材料、做法及厚度等方面作了指導性的說明,關于具體的設計理論與方法還是空白,鋪裝層的設計無章可循。這就造成了在實際設計中,橋面鋪裝層只作為橋梁工程的附屬結構,設計者對其甚少花費精力,從而為橋面鋪裝的早期損壞埋下了隱患。因此,應加快對橋面鋪裝,特別是結構破壞機理和設計理論方面的研究。
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鋪裝層內部產生較大的剪應力,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合面粘結力差,抗水平剪切能力較弱,在水平方向上產生相對位移發(fā)生剪切破壞,產生推移、擁包等病害;②因溫度變化并伴隨橋面板或梁結構的大撓度而產生的裂隙,在車輛荷載及滲入的水的作用下產生面層松散和坑槽破壞。
歐美自20世紀70年代以來在橋面鋪裝中廣泛使用防水層,隨著交通量的增加,出現(xiàn)了一些新問題,如面層的早期破損、開裂、坑槽、防水層與面層和橋面粘結強度不足而產生推移等病害。近年來,在我國的部分地區(qū)如北京、天津等地的橋面防水層也出現(xiàn)了相應的病害。
設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,瀝青層內產生較大的剪應力而引起的無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力不足而發(fā)生剪切破壞。因此,剪切破壞是設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,故在實際設計中應基于兩種形式的剪切破壞分別加以計算分析。
3病害分析
3.1結構理論與設計
(1)橋梁的結構理論中對橋面鋪裝層的計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的公路中運用了幾十年。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。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構的變形,因此橋面鋪裝是一個受力復雜的動力體系,各種形式的主梁及鋪裝本身的構造均影響其應力的分布。
(2)現(xiàn)行橋規(guī)第3.2.2條規(guī)定:……如無精確的計算方法,箱形梁也可參照T形梁的規(guī)定處理[9]。從眾多箱梁的設計來看,大部分設計者對箱梁構件是按T形梁進行處理的。而箱梁的實際受力雖有近于T梁的一面,又有異于T梁的一面,對于連續(xù)箱梁差別更大。尤其是近年來箱梁的橋面越來越寬,橋跨與橋寬之比越來越小,箱梁仍按T梁那種長細桿件設計配筋,就越來越不適宜了,導致按
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