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考虑防水层影响沥青混凝土桥面铺装动力分析 　　摘要：本文利用ANSYS有限元软件对不同厚度防水层的箱型截面桥梁桥面沥青混凝土铺装在移动车辆荷载作用下进行动力学计算，通过对铺装层间各点应力状态的比较，分析防水层厚度对桥面铺装层间应力的影响。 　　关键字：有限元；桥面铺装；移动荷载；防水层厚度 　　中图分类号：U443.33 文献标识码：A 　　1 引言 　　近年来随着经济的高速发展，我国的高等级公路桥梁建设取得了突破性的发展。桥梁建设中对桥梁结构的设计和施工都十分重视，但对桥面的铺装问题还没有引起足够的重视。桥面铺装层直接承受车辆荷载的作用，既是保护层又是一个极其复杂的多向受力结构，不仅要求其有足够的强度、整体性和抗冲击和耐疲劳的特性，还要求具有良好的防水性能。本文中采用抗拉强度大、延伸性好、耐高温、耐腐蚀、浸透性和热稳定性好的油毛毡作为防水粘结材料，利用有限元软件对不同防水层厚度下受移动车辆荷载作用的桥面铺装进行动力学计算，对铺装层间的应力状态与防水层的厚度关系进行比较分析。 　　2 ANSYS有限元模型 　　2.1 模型力学分析的基本假定 　　 （1）各铺装层与桥面材料都是完全弹性，均质，连续的各向同性材料； 　　 （2）各界面层间完全连续； 　　 （3）不考虑桥墩与承台处的变形。 　　2.2 有限元模型 　　利用ANSYS有限元软件建立混凝土箱型梁桥，跨径取为18m。桥面铺装从下到上依次为6cm厚混凝土找平层、分别取用0.5、0.8、1、2、3、4、5cm厚的防水层（油毛毡），6cm厚的沥青（AC-20）下面层和4cm厚的沥青（AC-13）上面层。材料参数见表-1所示[1]。单元选择为：防水层采用壳单元（只有平面内刚度，没有平面外刚度），其余部分采用solid45实体单元。模型的坐标系取为：横桥向为X方向，竖向为Y方向，顺桥向为Z方向，模型见图-1所示。 图1 桥面铺装有限元模型 　　 　　表1 铺装层材料参数 　　结构层材料 模量/MPa 泊松比 　　沥青上面层（AC-13） 1 400 0.35 　　沥青下面层（AC-20） 1600 0.25 　　防水粘结层（油毛毡） 150 0.30 　　水泥混凝土找平层 30000 0.15 　　混凝土桥面板 36000 0.15 　　《公路沥青混凝土设计规范》规定，道路路面设计荷载采用双圆荷载，标准轴载为BZZ-100，当量圆直径为21.3cm，接触面的均布荷载为0.7MPa。在本文的研究中，将圆形荷载近似换算成边长为20cm×18cm，竖直均布压力为0.7MPa的长方形单轮荷载，加载路径取为沿顺桥向中心处。并且在实际的轮胎运动过程中会对铺装层表面产生一定的水平冲击作用，在这里把水平方向的冲击系数取为0.2，方向与荷载的移动方向相同[2]。 　　分析中主要考虑防水层厚度变化的影响，故保持其他参数条件不变，通过防水层的变厚度实现对铺装层力学特性影响的分析。 　　3 计算结果分析 　　本文取加载路径上的中点作为观测位置，从上到下依次取沥青上面层顶部、沥青上面层底部、沥青下面层顶部、沥青下面层底部、防水层顶部、防水层底部、找平层顶部、找平层底部和桥面板底部9个观测点，并找出整个加载过程中各点的最大第一主应力和最大层间剪应力。分析结果见表2、表3所示。 　　表2 各位置最大第一主应力 Pa 　　观测点位置 防水层厚度（mm） 　　 5 8 10 20 30 40 50 　　上面层顶部 78095.3 90274.2 95762.1 109557 137667 157698 172725 　　上面层底部 45510.3 42736 41969.8 46673.8 52010.1 56060.1 59256.9 　　下面层顶部 39167.2 44484 47936 60101.7 67226.6 71965.8 75374.2 　　下面层底部 76266.6 123033 148521 242083 307183 357950 399815 　　防水层顶部 16282 14006.6 12404 6113.9 5442.8 4791.1 4077.8 　　防水层底部 16466.3 14238.2 12665.2 6530.1 5570.7 4951.4 4274.5 　　找平层顶部 16837.3 14549.9 12935.3 6983.7 6551.4 5894.9 5135.2 　　找平层底部 17454.6 15247.5 13692.4 7618.9 6805.6 6215.2 5514.9 　　桥面板底部 124566 124517 124490 124394 124328 124272 124220