鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面粘結(jié)-滑移機(jī)理研究

鋼橋面板與鋪裝間的界面是影響鋼橋面鋪裝使用性能和使用壽命的關(guān)鍵，我們針對(duì)界面問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。根據(jù)鋼橋面與鋪裝界面受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套新型鋼橋面鋪裝的界面直剪試驗(yàn)裝置，該裝置可以對(duì)不同溫度、法向應(yīng)力和剪切速率條件下界面的力學(xué)特性進(jìn)行測(cè)試，并提出了相應(yīng)的試件制作與測(cè)試方法；利用新開發(fā)的鋼橋面與鋪裝界面直剪試驗(yàn)裝置，在2種試驗(yàn)溫度、4種法向應(yīng)力、2種剪切加載速率等多因素條件下對(duì)“鋼橋面板 環(huán)氧富鋅漆＋環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料＋環(huán)氧瀝青混合料”和“鋼橋面板 Eliminator防水粘結(jié)層＋澆注式瀝青混合料”兩類常用的鋼橋面與鋪裝界面類型進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)直剪試驗(yàn)，獲得了界面粘結(jié)滑移曲線、發(fā)展規(guī)律及影響因素；基于摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論，建立了鋼橋面與鋪裝界面抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則，并確定了不同溫度條件下界面剪切強(qiáng)度包絡(luò)線和界面殘余抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線的力學(xué)參數(shù)；對(duì)剪切加載下鋼橋面與鋪裝界面粘結(jié)滑移性能進(jìn)行了理論分析，在曲線特征分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了基于雙線性模型、線性-指數(shù)模型和Popovics模型的鋼橋面與鋪裝界面粘結(jié)滑移模型來(lái)描述界面粘結(jié)-損傷-滑移的發(fā)展規(guī)律，在此基礎(chǔ)上分別研究了基于剪切強(qiáng)度和界面粘結(jié)勁度的雙線性損傷模型、線性-指數(shù)損傷模型；基于鋼橋面與鋪裝界面直剪試驗(yàn)結(jié)果建立了界面內(nèi)聚力模型，定義了張力－位移關(guān)系和損傷萌生判據(jù)，引入損傷變量來(lái)表征材料的損傷水平，分別建立了雙線性和線性-指數(shù)界面內(nèi)聚關(guān)系。通過(guò)基于內(nèi)聚力模型的鋼橋面與鋪裝界面有限元模型，分別對(duì)60℃時(shí)界面在0MPa、0.2MPa、0.5MPa、0.7MPa的法向應(yīng)力情況下不同剪切速率的荷載試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值仿真，并獲取相應(yīng)界面剪應(yīng)力的演化歷程；建立了基于界面內(nèi)聚力模型的全斷面鋼箱梁節(jié)段鋪裝有限元模型，獲得了鋼箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鋼橋面與鋪裝界面的影響規(guī)律，首次揭示了車輛超載對(duì)鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)損傷的界面起因及嚴(yán)重后果；采用直剪試驗(yàn)測(cè)試了鋼橋面與鋪裝界面的疲勞性能，分析了剪切模量、相位角、累積損傷、損傷增量、耗散能和累積耗散能等特征參數(shù)在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中的演化規(guī)律，將累積損傷開始發(fā)生急劇增加定義為疲勞破壞標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)檢驗(yàn)證明界面疲勞壽命服從兩參數(shù)的威布爾分布規(guī)律，得到界面疲勞壽命預(yù)估方程。

滑移破壞是鋼橋面鋪裝的主要病害形式之一，本項(xiàng)目旨在揭示鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面的粘結(jié)-滑移機(jī)理。采用復(fù)合結(jié)構(gòu)直剪試驗(yàn)研究鋼-瀝青混凝土接觸面在單調(diào)加載模式下的粘結(jié)-滑移力學(xué)行為，分析剪應(yīng)力與滑移的演化規(guī)律，建立接觸面粘結(jié)-滑移本構(gòu)模型與強(qiáng)度準(zhǔn)則。采用內(nèi)聚力模型和界面單元模擬鋼-瀝青混凝土接觸面，建立包括鋼板、瀝青混凝土和接觸面的三維有限元仿真模型，分析彈性、損傷和滑移擴(kuò)展行為。研究接觸面剪切疲勞破壞過(guò)程中的粘結(jié)-滑移行為，建立粘結(jié)剛度隨循環(huán)荷載作用的衰減模型。采用內(nèi)聚力模型結(jié)合損傷力學(xué)的方法研究接觸面疲勞損傷特性，建立接觸面疲勞損傷演化方程和內(nèi)聚力疲勞損傷本構(gòu)模型，對(duì)直剪疲勞試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值仿真，探索影響接觸面剪切疲勞壽命的關(guān)鍵因素。研究成果有助于揭示鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面滑移病害成因及發(fā)展規(guī)律，并為以提高接觸面粘結(jié)韌性為目標(biāo)的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

《長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》（DB34/T 3711-2020）規(guī)定了長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)的術(shù)語(yǔ)和定義、符號(hào)、調(diào)查與評(píng)定、養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備、日常養(yǎng)護(hù)、預(yù)防養(yǎng)護(hù)、修復(fù)養(yǎng)護(hù)和質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收。該標(biāo)準(zhǔn)適用于保護(hù)層采用澆注式瀝青混凝土、磨耗層采用SMA或AC類瀝青混凝土組合鋪裝結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)大橋梁鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)工程，其他類型橋梁鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)工程可參考執(zhí)行。

型鋼與混凝土之間的連接主要依靠二者的粘結(jié)錨固作用，即粘結(jié)力，這種粘結(jié)力的影響因素當(dāng)然很多，導(dǎo)致二者之間的粘結(jié)力有大有小，變形差的存在會(huì)產(chǎn)生連接面上的相對(duì)滑移2100433B

長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程制定背景

隨著公路建設(shè)的發(fā)展，安徽省內(nèi)采用澆注式瀝青混凝土鋪裝的大跨徑橋梁會(huì)越來(lái)越多，應(yīng)用面積也會(huì)越來(lái)越大。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量快速增長(zhǎng)以及極端氣候的耦合作用，對(duì)鋼橋面鋪裝的使用狀況提出了嚴(yán)酷的考驗(yàn)。但就目前來(lái)看，針對(duì)鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)的規(guī)范性文件還很缺乏，雖然部分建設(shè)單位依托已建好的橋梁自行開展相關(guān)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用，但還未形成行業(yè)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要針對(duì)鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝的特點(diǎn)和材料特性，在總結(jié)已有養(yǎng)護(hù)技術(shù)和科研成果的基礎(chǔ)上，編制一套養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)。

長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程編制進(jìn)程

• 起草階段

該標(biāo)準(zhǔn)的修訂依托于安徽省交通控股集團(tuán)有限公司養(yǎng)護(hù)管理中心所養(yǎng)管路段的馬鞍山大橋鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)工程實(shí)際?！堕L(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》地標(biāo)編制于2018年立項(xiàng)。2019年12月完成初稿，2019年12月10日組織召開了《長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程）》草案咨詢會(huì)，并按照意見完成修改；2020年1月11日組織召開了《長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程）》征求意見討論會(huì)，會(huì)上提出修改意見5條。2020年1月完成征求意見稿。

• 發(fā)布實(shí)施

2020年11月27日，地方標(biāo)準(zhǔn)《長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》（DB34/T 3711-2020）由安徽省交通控股集團(tuán)有限公司提出，由中華人民共和國(guó)安徽省交通運(yùn)輸廳歸口，由中華人民共和國(guó)安徽省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布。

2020年12月27日，地方標(biāo)準(zhǔn)《長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》（DB34/T 3711-2020）實(shí)施。

長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程制定依據(jù)

地方標(biāo)準(zhǔn)《長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》（DB34/T 3711-2020）依據(jù)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則—第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》（GB/T 1.1-2020）規(guī)則起草。

長(zhǎng)大橋梁鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程起草工作

起草單位：安徽省交通控股集團(tuán)有限公司、重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司。

主要起草人：張尤平、張小丹、曹威、張立奎、王磊、王民、尚飛、黃維樹、蔡傳勇、劉守苗、蔣家君、李潔、王衛(wèi)彬、崔珊珊、陳兆龍、王韜、鄭倩雯、胡德勇、陳誠(chéng)、張鋒、王滔、彭祝濤、肖麗、周啟偉。