为 了 研 究 环 境 与 车 载 耦 合 作 用 对 混 凝 土 桥 铺 装 层 受 力 的影 响 ，首 先 推 导 材 料 特 性 随 温 度 变 化 的沥 青 混 合 料 桥 面 铺 装 在 温 度 一 车 辆耦 合作 用 下 的应 力 有 限元 计 算 公 式 。然 后 采 用 有 限元 方 法 建 立 混 凝 土 箱 梁 桥 多 层 铺 装 复 合 结 构 仿 真模 型 ，通 过 现 场 实 测 和仿 真计算 ，分析准低温季节铺装结构温度场 日变化和车辆荷 载耦合 作用下 的铺装层 拉应力 。计算 结果表 明 ：拉 应力峰 值 出现 在 桥墩上方对应的铺装层表面 ，较易较早 出现开裂破坏 ；考虑铺装各层 结构 温度梯度 变化后 ，耦 合作用下 的横 向拉应力 峰值在 中午处 于谷值 ，纵 向拉应力峰值变化不 明显 ；耦 合荷 载作 用下的横 向拉 应力 峰值 比车辆荷 载作 用情况增加 2．76倍 ，纵向拉应力峰值涨幅为 42％。在铺装层 的设计 中必须考虑温度荷载 的作用 。 关键词 ： 混凝土桥 ；桥 面铺 装 ；准低温 ；温度 一车辆耦合 0 引 言混凝 土箱 梁桥沥 青混凝 土 铺装层 作 为铺装 体 系结 构的 面层完 全裸 露 于 自然环 境 中 ，虽 然 沥 青 混合 料 具 有 很 高 的抗 压 强 度 ，但 是其 抗 拉 能 力 却 较低 。在 季 节 周 期性 变化 的温 度 场 作 用 下 ，桥 面铺 装 内部 将产 生较 大的温 度应 力 ，再加上 车辆 荷载 的反 复作 用 ，势 必 导致 沥青 混合料 桥 面铺装 层 的开裂 破坏 。研究 桥 面铺 装层 在车 辆荷 载和 温度荷 载耦 合作 用下 的力学 响应 分 布是 探 求 开裂破 坏机 理 的基 础 ，为 结 构 与材 料 的设计 提供 理论 依据 。 关于水 泥混 凝 土桥桥 面铺 装层温 度效 应 的研 究 主 要集 中在 温度 场分布 ，借 助工程 所在 地 的气象 资料 ，确 定温 度场 的边 界条 件 和 初 始 条件 ，建 立 二 维 或 三 维 温 度场模 型¨l_3_，分析 得 到温度梯 度变 化 。部 分学 者 建立 了桥 面铺装 与桥 梁 的复 合 结构 模 型 ，分 析 了铺装 与桥 梁之 间 的温度 梯 度 产 生 的 温 度应 力 I4]。另有 学 者 采 用实 验手段 或有 限元 方法 分析 了沥青 路 面 的温度 场 与 车辆 荷载之 间 的耦 合作 用 -。但是 ，关 于 水 泥 混凝 土 桥 桥 面铺装 层在 车辆 一温 度耦 合作用 下 的应力 分 布鲜 见报 道 。 本文 推导 了材料 特性 随温 度变 化 的沥青 混合 料 桥 面铺 装在 温度 一车辆 耦合 作用 下 的应 力 有 限元计 算 公 收稿 日期 ：2O13O7一O7 基金 项 目：上海 建 交 委 科 研 项 目(2009—003—006)；中 国 博 士 后 基 金 (201lO491342)；江 苏 省博 士后 基 金 (1lOlO18C) 16上 么咯 No．32013 式 ，然 后结 合沪杭 高 速公 路 拓 宽 工程 中 的箱 梁 段 高 架 桥 ，建 立混 凝土 箱梁 桥多层 铺装 复合 结构仿 真 模 型 ，最 后 分析 准低 温 季节铺装 结构 温度 场 日变化 和车 辆 荷载 耦合作 用 下 的铺 装 层 拉 应 力 ，探 求铺 装 层 开 裂 的破 坏 机 理 。 1 温度 一车辆 荷载 耦合作 用 有 限元分析 当沥 青混凝 土 各 部分 温 度 发 生 变化 时 ，物 体 由于 热变 形将 产生线 应变 a(T—T。)，其 中 a是沥青 混 凝 土 产生 温 缩变 形 时 的热 膨 胀 系数 ；T是 弹性 体 内任 一 点 现时 的温 度值 ；T。是初 始温 度 值_7]。如果 物 体 受 到 约 束或 者各 部分 的 温度 变 化 不 均匀 ，使 得 物体 的热 变 形 不 能 自由进行 时 ，则 会 在 物体 中产 生 温 度 应力 。 当弹 性体 的温 度场 已经 求 得 时 ，就 可 以 进 一 步求 出弹 性 体 各部 分 的热应力 。 沥青 混凝 土 由于 热 变形 只产 生 线 应 变 ，而 剪 切 应 变 为零 。这种 由于 热变形 产生 的应 变可 以看 作 是物 体 的初 应变 e。。对 于三维 问题 ，￡。的表 达式 是 e0一口(丁一To)[1 1 1 0 0 0 (1) 式 中 ：a是 材 料 的 热 膨 胀 系 数 (1／℃)；T。是 物 体 的 初 始 温度场 ；T是 结 构 的 物 体 瞬态 温 度 场 。T 可 由温 度 场分 析得 到 的单元 结点 温度 丁．通 过 插 值求 得 ，即可 按 下式 计算 得 到[7]： T一 ∑ N (z，Y，z)T，一 NT (2) i— l 在物 体 中存 在 初 应 变 的情 况 下 ，应 力 应 变 关 系 可

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