（道路与铁道工程专业论文）钢桥面铺装裂缝处治技术研究.pdf

摘要 钢桥面铺装裂缝处治技术研究 摘要 研究生 何长江 导师 钱振东教授 东南大学交通学院江苏南京2 1 0 0 9 6 裂缝病害是钢桥面铺装的典型病害之一 是钢桥面铺装养护课题中的一个技术难点 钢桥面铺装的 使用条件和使用要求都远高于一般道路路面 因此对铺装裂缝的处治技术研究具有迫切性和实用价值 并对裂缝处治技术提出了更高的要求 本文首先对各种不同铺装类型进行总结分析 并对裂缝病害作了相应的分类 在大量的相关试验及 具体养护工程的基础上 提出了钢桥面铺装裂缝修复材料技术性能要求 将目前的裂缝修复材料分为几 类 并选用国内外数种裂缝修复材料进行性能试验研究 对修复材料进行了粘度 粘结强度 固化时间 抗剪强度等相关性能试验 考虑配比 温度及外加剂对材料性能的影响 研究表明 通过调整这些因素 可优化修复材料的性能 其次 研究了钢桥面铺装裂缝处治施工工艺 分析了裂缝封灌时机的选择 研究了在裂缝处治中的 各种槽口形式 槽口类型 借鉴沥青混凝土路面中开槽裂缝的成功经验 提出了钢桥面铺装裂缝处治的 几种处治构型及组合方式 并经过现场试验验证 最后 进行了铺装裂缝处治使用性能评价 使用u t m 疲劳试验机考察铺装裂缝修复后的使用寿命 进行了完好小梁和修复后小梁的疲劳试验 分别回归得到应力疲劳方程 将二者进行对比 考察修复后 使用性能的下降程度 综合考虑槽口形式 修复方式 温度 水分 加载模式等因素对小梁疲劳寿命的 影响 研究表明 小梁修复后弯拉强度虽没有较大程度下降 但疲劳寿命与完好小梁相比下降较为明显 而槽口形式等因素对修复后小梁的疲劳寿命均有不同程度的影响 关键词 钢桥面铺装 裂缝 修复材料 施工工艺 疲劳试验 使用性能 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h ec u r i n gt e c h n i q u eo fc r a c k i n go ns t e e ld e c ks u r f a c i n g a b s t r a c t p h m c a n d i d a t e h ec h a n g j i a n g s u p e r v i s o r p r o f q i a nz h e n d o n g t r a n s p o r t a t i o nc o l l e g e s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j i a n g s un a n j i n g2 10 0 9 6 c h i n a c r a c k i n gi so n eo ft h er e p r e s e n t a t i v ed i s e a s e so fs t e e ld e c ks u r f a c i n g a n di sat e c h n i c a le m p h a s i so f t h e s t e e ld e c ks u r f a c i n gm a i n t e n a n c es u b j e c t 1 1 1 es e r v i c ec o n d i t i o n sa n do p e r a t i n gr e q u i r e m e n t so ft h es t e e ld e c k s u r f a c i n gi sm o r es 仃i e tt h a nt h a to fc o m m o np a v e m e n t s ot h es t u d yo ft h et r e a t i n gt e c h n i q u eo f t h ec r a c k i n g o nt h es t e e ld e c ks u r f a c i n gp o s s e s s e si m m i n e n c ya n dp r a c t i c a l i t y f i r s t l y v a r i o u st y p e so fp a v e m e n t so nt h es t e e ld e c kw e l ea n a l y z e da n ds u m m a r i z e d a n dt h ec r a c k i n g d i s e a s e so fe a c hp a v e m e n tw e l ec l a s s i f i e da c c o r d i n gt ot h ep a v e m e n t s 1 1 1 ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h e r e p a i rm a t e r i a l so fs t e e ld e c ks u r f a c i n gw e r ep r e s e n t e da c c o r d i n gt oa1 0 to ft r i a l sa n dm a i n t e n a n c ep r o j e e t s s e v e r a ld o m e s t i ca n do v e r s e ar e p a i rm a t e r i a l sw e r es e l e c t e da n dt e s t e di nt h ef i e l d so fv i s c o s i t y s o l i d i f y i n g t i m e b o n ds t r e n g t h d e f o r m a t i o np e r f o r m a n c e s h e a rp e r f o r m a n c ee t c a n dt h e d i f f e r e n tt y p e so fr e p a i r m a t e r i a l so fs t e e ld e c ks u r f a c i n gw e r er e c o m m e n d e d 1 1 1 eo p t i m i z a t i o no fp e r f o r m a n c eo ft h er e p a i rm a t e r i a l s w a st a k e nt oa n a l y z et h ei n f l u e n c eo ft h em i x t u r er a t i o t e m p e r a t u r e h e a l t hp r e s e r v i n gt i m eo n 也em a t e r i a l p e r f o r m a n c e n er e s u l t ss h o wt h a tt h ef m ea d j u s t m e n to f t h em i x t u r er a t i oc o u l do p t i m i z et h er e p a i rm a t e r i a l s v i s c o s i t y s o l i d i f y i n gt i m e a n dh i g h e rt e m p e r a t u r eo rl o n g e rh e a l t hr e s e r v i n gt i m ei sg o o df o rt h eg r o w i n go f t h em a t e r i a l ss t r e n g t h n er e s e a r c h e sc a l lp r o v i d et h eb a s i cf o rt h em a i n t e n a n c eo fc r a c k i n go ns t e e ld e c k s u r f a c i n g s e c o n d l y t h ec u r i n gc o n s t r u c t i o nc r a f to ft h ec r a c k i n go ns t e e ld e c ks u r f a c i n gw a ss t u d i e d a n da l s ot h e c h o i c ec h a n c eo fc r a c ks e a l i n ga n df i l l i n gw a sa n a l y z e d v a r i o u sf o r m s t y p e so f n o t c ho ft h ec r a c k i n gc u r i n g c o n s t r u c t i o nc r a f tw e r es t u d i e d s e v e r a lc u r i n gc o n f i g u r a t i o n sa n dc o m p o u n dm o d e so ft h ec r a c k i n go nt h e s t e e ld e c ks u r f a c i n gw e r ep r e s e n t e da c c o r d i n gt of i e l de x p e r i m e n t f i n a l l y t h es e r v i c ep e r f o r m a n c eo ft h ec u r i n gs t e e ld e c ks u r f a c i n ga f t e rd i s p o s a lw a se s t i m a t e db yu s i n g u t mm a c h i n et or e v i e wt h ef a t i g u el i f ea f t e rt h ec r a c k i n gb e i n gr e n o v a t e d 1 1 1 ei n f l u e n c et ot h el i f ep e r i o do f t r a b e c u l ao f t h ec l a pf o r m r e p a i rm e t h o d t e m p e r a t u r e l o a dm o d ee t c w a ss t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h e f l e x u r a ls t r e n g t ho ft h et r a b e c u l ad e c r e a s el i t t l e b u tt h ef a t i g u el i f e f a l ld o w ns h a r p l y t h ed a pf o r ma l s oh a s i n f l u e n c eo n 也ef a t i g u el i f eo ft h et r a b e c u l a k e yw o r d s s t e e ld e c ks u r f a c i n g c r a c k i n g r e p a i rm a t e r i a l c o n s t r u c t i o nc r a f t f a t i g u et e s t s e r v i c e p e r f o r m a n c e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我 一同工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名 舡日 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学 中国科学技术信息研究所 国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致 除在保密期内的保密论文外 允许论文被查阅和借阅 可以公布 包括 刊登 论文的全部或部分内容 论文的公布 包括刊登 授权东南大学研究生院办理 越墙 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 目前国内已兴建的大跨径公路钢桥有近2 0 座 规划建设与正在建设的大跨径公路钢桥超过1 0 座 这些桥梁一般处在交通枢纽的咽喉部位 或者是某一地区过江跨海的重要通道 对整个交通网 具有事关全局的影响 啦 因此对钢桥面铺装的使用寿命有着较高的要求 但是由于恶劣的使用环境 如交通量巨大 超载等因素 桥面铺装在使用期间产生了很多病害 因此在国内钢桥面铺装进 入大规模使用期的情况下 对钢桥面铺装层病害处治技术进行研究是一个刻不容缓的课题 在钢桥面铺装层使用过程中会出现许多类型的病害 表1 2 为一些国家钢桥面铺装层的主要病 害类型 从表中可以看出 无论哪种铺装层材料或者结构 都难以避免裂缝类破损的出现 在被调 查的1 2 座国内外大跨径钢桥面铺装层中 有1 0 座存在不同程度的裂缝病害问题 占所统计桥梁数 量的8 3 表明裂缝类病害是影响钢桥面铺装层使用寿命的主要因素之一 表1 国内外部分桥梁钢桥面铺装病害情况 桥梁名称主梁类型铺装材料与结构主要病害形式 a u c k l a n dh a r b o r 桥钢桁架梁橡胶改性沥青混合料纵向开裂 脱层 p o p l a rs t r e e t 桥 钢桁架梁 橡胶改性沥青混合料 纵向开裂 w y e 桥 钢桁架梁单层浇注式沥青混凝土纵向开裂 f i r t ho f f o r t h 桥 钢桁架梁单层浇注式沥青混凝土纵向开裂 h a l e b o g g s 桥 钢桁架梁双层环氧沥青混凝土裂缝 车辙 脱层 l i o n g a t e 桥钢桁架梁双层环氧沥青混凝土层间滑移 广东虎门大桥 钢箱梁单层改性沥青s m a裂缝 车辙 厦门海沧大桥钢箱梁双层改性沥青s m a裂缝 脱层 武汉军山大桥钢箱梁双层改性沥青s m a裂缝 粘结层破坏 武汉白沙洲大桥 钢箱梁双层改性沥青s m a裂缝 滑移 香港青马大桥钢桁架梁单层浇注式沥青混凝土局部气泡和粘结层脱层 江阴大桥钢箱梁单层浇注式沥青混凝土开裂 车辙 在钢桥面铺装裂缝成为其主要病害的现实状况下 对钢桥面铺装裂缝病害机理及其处治技术进 行研究具有非常重要的意义和价值 对钢桥面铺装力学分析p 4 和裂缝产生机理 2 5 1 的分析国内外已 经有很多学者进行了详细的研究 但对钢桥面铺装裂缝病害的处治技术研究目前所做工作甚少 很 多针对钢桥面铺装裂缝的修复大部分为参考路面裂缝修复的方法和手段 这对钢桥面铺装这种特殊 的铺面结构远远达不到处治的目的 目前国内大部分针对钢桥面铺装裂缝的处治均未达到理想的效 果 因此本文将针对钢桥面铺装裂缝的处治技术进行研究 并对各种处治技术进行使用寿命预估和 使用效果评价 1 2 国内外研究现状及存在问题 大跨径钢梁斜拉桥 悬索桥的建设已有较长的历史 同时钢桥面铺装技术的研究工作开展得也 较早 许多国家都投入了大量的人力和物力 取得了适合本国国情的桥面铺装经验 6 最早开展钢 桥面铺装研究和实践的国家是德国 随后法国 日本 丹麦 美国等国家也相继开展了这方面的工 作 少数国家 如德国 日本等 还制定了相应的技术规范 扪 但是对于钢桥面铺装裂缝处治技术 的研究报道甚少 目前的研究主要集中在路面裂缝的处治技术上 具体研究现状如下 东南大学硕士学位论文 1 2 1 国外研究现状 国外学者在道路路面裂缝处治技术上作了较为详细的研究 美国于上世纪九十年代通过s h r p 计划的成功实施 对道路路面裂缝及坑洞病害的处治作了详细的研究 9 并得到了相应的研究成果 m a n u a l so fp l a c t i c e s h r p h 3 4 8 对沥青路面裂缝的处治起了规范指导作用 c r a f c 0 公司对 裂缝开槽的方式按标准槽非贴封式 标准槽贴封式 浅槽贴封式 简单无槽贴封式等4 种方案进行 过研究比较 认为标准槽贴封式处理的效果最好 其裂缝填封失效率最低 lo 还有美国m a i n e 州交 通运输部门 d o t 利用一种g l a s g r i d 8 5 0 1 的玻璃纤维网来抑制反射裂缝 1 1 1 取得了很好的效果 国外学者在沥青混合料的疲劳寿命的研究方面取得了大量成果 1 9 5 5 年h v e e m 首次提出沥青 路面的疲劳损伤问题 1 2 1 并开展了沥青路面疲劳开裂与路面弯沉之间关系的研究 k i mw 和 e i h u s s e i nm 1 3 将损伤 断裂力学方法用于分析沥青混合料的疲劳损伤特性 他们研究了低应变下沥 青混凝土断裂韧性的变化规律 p a r ksw 等 l4 选取一种含损伤增长速率的粘弹性本构模型来描述与 表达沥青混合料单轴应力 常应变率行为 利用弹性 粘弹性对应原理 将弹性损伤模型直接换成粘 弹性损伤模型 并采用形式上与裂缝扩展规律相似的粘弹性材料损伤演变规律来描述沥青混合料的 粘弹性损伤特性 w h a l f a n g t l 5 提出基于间接拉伸试验的粘弹性分析来研究并评价西部环道试验使 用的沥青混合料疲劳性能 a d e a c o n 与l iy o n g q i t l 6 1 7 分析了沥青混凝土的疲劳特性 并对沥青路 面疲劳裂缝进行模拟 b o r w e n t l 8 研究了集料 沥青混合料高温疲劳性能及其疲劳过程 k a g h u z l a n t l 9 悃耗散能方法来分析沥青混合料疲劳特性 尽管所作研究工作量较大 但针对处治后 的沥青混凝土的疲劳寿命研究目前还未见报道 本文将针对裂缝经过处治后的钢桥面铺装使用寿命 进行预估 1 2 2 国内研究现状 国内研究中 东南大学陈团结对大跨径钢桥面环氧沥青混凝土铺装的裂缝行为进行了研究 其 通过对环氧沥青混凝土裂缝类病害现场调查和分析 根据裂缝的具体特征把铺装层上的裂缝分为三 类 在此基础上通过对钢桥面铺装层荷载图式的研究以及不同条件下铺装层的力学分析 得出不同 类型裂缝产生的机理 并对钢桥面铺装各种病害之间的演化关系进行了分析 2 东南大学敬淼淼对 大跨径钢桥面沥青铺装层裂缝病害进行了研究 并从力学的角度对桥面铺装进行深入研究 寻求铺 装层裂缝的形成及扩展机理 为铺装层材料 结构设计提供了理论参考 提出采用2 0 节点等参单元 裂缝奇异单元模型 建立线弹性断裂力学有限元模型 该计算模型能反映出裂缝尖端的应力场特性 解决了裂缝尖端应力奇异性 并对比研究了钢桥面沥青铺装层无裂缝和带裂缝工作状况下铺装层的 受力 其研究表明 沥青铺装层的纵向裂缝的发展易引起横向次生裂缝的产生 而横向次裂缝的产 生又恶化了桥面铺装的受力状态 促使纵向裂缝有进一步扩展的趋势 z 0 同济大学孙旭霞 2 l 研究了 钢箱梁正交异性桥面板的构造对铺装的影响 从受力角度方面来考虑钢桥面铺装裂缝病害产生的内 在原因 东南大学张磊针对江阴大桥钢桥面铺装病害的发展情况 对钢桥面铺装病害进行了分类 并根 据分类的病害类型 对江阴大桥钢桥面铺装进行了跟踪调查 同时结合有限元理论 进一步阐述了 裂缝产生后 桥面铺装受力特性的变化 最后在上述研究基础上 提出了病害处治方案 2 2 i 于力结 合江阴大桥钢桥桥面铺装局部修复工程 对江阴大桥桥面铺装病害作了全面的调查研究 分析了江 阴大桥桥面铺装破坏的主要原因 认为材料及结构选用不当 使用条件苛刻 超载与大交通等是其 破坏的主要原因 王金生对浇注式沥青混凝土钢桥面铺装病害进行了分析及并得出了一些相应的 对策 并结合江阴长江公路大桥的钢桥面铺装跟踪调查情况 对钢桥面铺装的病害类型进行了划分 宗海对钢桥面环氧沥青混凝土铺装早期病害作了深入细致的研究 对这些病害的处治提出了一 些具体的对策 并提出了几种病害处治材料 进行了试验研究对比 为环氧沥青混凝土桥面铺装的 养护对策做了一定的基础研究 j 在路面裂缝处治技术的研究中 长安大学康敬东 2 6 对裂缝病害进行了详细的分析 将其分为 六类 并对其严重程度进行了分级 并对各种裂缝修补材料的性能 适用场合进行了分析比较 提 出了裂缝修复施工工艺 何波 27 j 对沥青路面裂缝的破损机理进行了详细的研究 并通过对裂缝修补 2 第一章绪论 机理和修补时机的分析 得出裂缝修补时对裂缝的开槽槽壁和灌缝材料的要求以及最佳灌缝时间 申爱琴 2 8 分析水泥混凝土路面设计 施工及养护现状 认为路面破坏和开裂机理是一个复杂的问题 同时结合路面裂缝的特殊性质及材料市场供应状况 通过大量的试验研究 优化了改性水泥类路面 微裂缝修补材料的配合比设计 同时并开发出了聚合物改性水泥修复材料 华南理工大学张肖宁 李智等研究了f a c 沥青混合料在处理基层反射裂缝中的应用 研究表明 富沥青混和料对抵抗反射裂缝有一定的作用 2 9 1 长安大学杜少文 余海浪对i s a c 在罩面中的发展和 使用性能进行了研究 研究得出使用应力吸收层和土工织物共同作用的应力吸收复合夹层 i s a c 在 防止罩面的反射裂缝有良好的效果 如 付汉江 凡孝军 3 l 等对玻纤格栅在沥青路面防治反射裂缝中的应用进行了研究 并结合襄荆高 速公路沥青路面施工的工程实践 对采用玻纤格栅治理沥青路面产生反射裂缝的作用机理等进行了 较为详尽的阐述 西南科技大学田加亨 苏华友 3 2 等针对引进不久的s t r a t a 技术 结合汉 武汉 宜 宜昌 高速公路沥青加铺工程 从旧水泥混凝土路面的综合处治 s t r a t a 应力吸收层的混合料设 计 施工工艺 施工中日常检测几个方面对s t r a t a 技术的应用进行了全面研究 并肯定了其在水 泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层时的防反射裂缝作用 同济大学李淑明等 3 3 结合试验路实体工程 采用有限元方法分析了土工布 玻璃纤维网对旧水泥混凝土 p c c 路面沥青混凝土 a c 加铺层复合式 路面结构的内力影响 发现为防治i h p c c 路面的接缝 裂缝在a c 加铺层内产生反射裂缝 宜在加铺层 底部铺设夹层 且模量较大的玻璃纤维网效果更好 北京工业大学孙全胜等 对s c 水泥改性剂的性能进行了一些相关的研究 由s c 水泥改性剂的使 用特性对其应用范围进行了一定的阐述 并得出该种材料可以在桥面铺装修复中使用 广东工业大 学王道平掣3 5 对超细水泥用于水泥混凝土路面裂缝处理进行了研究 并阐述了灌浆技术在水泥混凝 土路面裂缝处理中的应用 同济大学交通运输工程学院王晓飞 长安大学申爱琴p 叩 7 等对磨细矿渣改性超细水泥耐久性及 收缩性能进行了研究 以超细水泥 磨细矿渣及其它外加剂制各了水泥混凝土路面裂缝灌浆材料 对该类材料的力学性能和界面粘结性能进行研究 并通过微观试验分析揭示了材料宏观性能的改性 机理 其研究表明 磨细矿渣能通过微粒填充作用使超细水泥浆体的微观结构变得更密实 提高材 料稳定期的力学强度 适量的磨细矿渣能改善灌浆材料的粘结界面微观结构 增加界面粘结强度 河北省京秦高速公路管理处王玉顺等人 3 s 3 9 结合京秦高速公路路面纵横向裂缝 对沥青路面裂 缝的修补技术进行了研究 提出了路面裂缝修复的技术要求 并结合工程提出了几种沥青路面修补 方法 长安大学吕宁等 加 对微波养护技术进行了研究 并结合其在京沪高速公路上的应用介绍了采 用微波加热修补路面缺陷的新方法 实验结果表明微波加热具有加热速度快 加热均匀 加热深度 大等特点 并且通过比较发现微波加热修补坑槽的经济效益较好 广东能达高等级公路维护有限公 司张世福 4 1 等人研究了浅层灌浆技术在高速公路水泥混凝土路面养护维修中的应用并结合高速公路 具体工程实践 对高速公路水泥混凝土路面出现的裂缝 破碎 下沉 桥头跳车等严重病害进行了 分析研究 提出了利用浅层灌浆技术对水泥混凝土路面进行处理 封堵板下空隙 使松散的基层 底基层重新凝固 恢复其对路面板的整体支承作用 在寿命预估的研究上 长沙理工大学郑键龙 4 2 提出了基于损伤力学的沥青混合料疲劳寿命预 估 根据损伤力学的相关理论 用循环耗散能定义为沥青混合料的损伤变量 并结合疲劳试验结果 推导了损伤函数 损伤演化方程 得出了损伤模型 对沥青混合料的疲劳寿命进行了预估 湖南大 学陈子金 4 3 对高等级沥青路面使用寿命预测方法进行了研究 提出了基于落锤式弯沉仪 f w d 弯 沉盆参数来预测高等级沥青路面的使用寿命 在预测路面使用寿命方法中 提出包括损坏壁和极限 车辙深度在内的多指标预测方法 中南大学邹春伟等m 提出了一种预测混凝土路面断裂的方法 运用断裂力学理论 计算出3 种 典型轮载下引起断板的临界长度 通过无损检测 探测出可能产生断板部位的裂缝长度 比较二者 可知混凝土路面是否即将断裂 用此方法可及早发现可能产生断板的部位 采取适当防护措施延长 公路使用寿命 东南大学交通学院黄晓明 巴桑顿珠 4 5 对沥青路面裂缝温度疲劳扩展寿命进行了分 析 其为研究温度收缩对沥青路面开裂的影响规律 在考虑沥青混凝土弹性模量及温缩系数随温度 3 东南大学硕士学位论文 改变的基础上 采用断裂力学有限元模型对温度型表面裂缝及反射裂缝的扩展进行动态分析 并预 估2 种温度裂缝疲劳断裂寿命 结果表明 不同变温条件下 裂缝扩展的应力强度因子k 呈现出不 同的增长趋势 温降越大 裂缝扩展越快 基准温度越低 裂缝扩展越快 i 3 主要研究内容 1 钢桥面铺装裂缝处治材料性能要求及优选 由于钢桥面铺装的工作条件较普通路面严酷 当铺装出现裂缝进行处治时 对裂缝处治材料的 性能要求较普通路面严酷 在本部分内容中将根据钢桥面铺装的材料特性 受力状况等因素并结合 水分m 温度等环境因素的影响 为了使裂缝处治达到最终目的 并获得理想的处治效果 对裂缝 处治提出相应的具体要求 即分析出裂缝的处治机理 同时针对裂缝处治机理提出处治材料的性能 要求 并结合这些要求对处治材料进行优选 同时对钢桥面铺装裂缝处治材料的试验方法进行设计 2 钢桥面铺装裂缝处治工艺研究 对钢桥面铺装裂缝修复处治施工工艺进行研究 主要研究内容为通过对裂缝处治槽口形式 裂 缝病害处治时间以及不同处治方法施工工艺等内容进行研究 3 钢桥面铺装裂缝处治使用寿命预估 对钢桥面铺装裂缝处治后使用寿命进行预估 分析目前常使用的各种使用寿命预估方法 研究 出最合适的寿命预估模型 对钢桥面铺装裂缝处治进行寿命预估 由于钢桥面铺装裂缝处治的使用 寿命受水的影响很大 因此将对钢桥面铺装裂缝处治在水的作用下其使用寿命进行预估 并对有水 无水两种情况下的使用寿命进行比较 1 4 研究技术路线 1 根据钢桥面铺装裂缝处治材料受力状况 水分 温度等因素提出处治材料的性能要求 同时 针对这些要求对处治材料进行优选和相应的试验方法设计 对裂缝处治材料失效进行研究 钢桥面 铺装裂缝处治材料的失效机理比各向同性材料复杂 因此要结合裂缝的具体形状 对其受力状态进 行分析 并对失效病害进行分类研究 2 对裂缝处治施工工艺进行研究 主要通过对裂缝病害处治槽口形式的选择 裂缝处治时间以 及不同处治方法施工工艺等内容进行研究 找出理想的裂缝处治施工工艺 3 通过对裂缝处治使用寿命预估方法进行研究 建立钢桥面铺装裂缝修复后使用寿命预估模型 分别预估裂缝处治后在有水环境下和无水环境下的使用寿命 探讨水分对钢桥面铺装裂缝处治使用 寿命的影响 使用小梁预制裂缝 并对预制的裂缝进行处治 最后对完整小梁 带裂缝小梁以及裂 缝处治后的小梁分别进行有水和无水疲劳试验得出疲劳试验结果 由于试验为多因素多水平试验 因此采用正交试验设计方法进行试验设计 以简化整个试验量 4 第一苹绪论 参考文献 1 黄卫 大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法 m 北京 中国建筑工业出版社 2 0 0 6 1 2 0 2 陈团结 大跨径钢桥桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝行为研究 d 博士学位论文 南京 东南 大学交通学院 2 0 0 6 3 东南大学 南京长江第二大桥建设指挥部 南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装技术 及应用 r 2 0 0 0 4 黄卫 钱振东 程刚等 大跨径钢桥面环氧沥青混凝土铺装研究明 科学通报 2 0 0 2 4 7 2 4 1 8 9 4 1 8 9 7 5 林广平 基于断裂力学的钢桥面铺装层疲劳寿命研究 d 博士学位论文 南京 东南大学交 通学院 2 0 0 6 6 多田宏行 桥面铺装的设计与施工 m 日本 鹿岛出版会 1 9 9 3 1 0 1 8 7 m a n t l e de s i e g f r i e ds r e l i a b i l i t yo f p a v e m e n to ns t e e lb r i d e g sw i t ho r t h o t r o p i ep l a t e s j b e r i c h t ed e r b u b d e s a n s t a kf u rs t r a t 3 e n w e s e n 2 0 0 0 8 顾新宇 悬索桥桥面沥青铺装层力学分析及结构设计研究 d 博士学位论文 南京 东南大 学交通学院 2 0 0 2 9 l s m i t h a r u s s e l lr o m i n ek e l l y m a t e r i a l sa n dp r o c e d u r e sf o rs e a l i n ga n df i l l i n gc r a c k si n a s p h a l t s u r f a c e dp a v e m e n t s m a n u a l so f p r a c t i c e s h r p h 3 4 8 1 9 9 3 1 0 d a v i d j o h n s o n r e e db f r e e m a n a n dj a m e sr s t e v e n s o n c o s t e f f e c t i v e n e s so fc r a c ks e a l i n g m a t e r i a l sa n dt e c h n i q u e sf o ra s p h a l tp a v e m e n t s t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hr e c o r d l6 9 7 p a p e r n o 0 0 0 5 4 2 2 0 0 0 1 1 f i e l dt e s te v a l u a t e s p a v e m e n tr e i n f o r c e m e n ts y s t e m p u b l i cw o r k s a u g u s t1 9 9 9 1 2 h v e e mfn p a v e m e n td e f l e c t i o n sa n df a t i g u ef a i l u r e s h r bb u l l 1 9 5 5 11 4 1 4 3 8 7 13 k i mw e i h u s s e i nm v a r i a t i o no ff r a c t u r et o u g h n e s so fa s p h a l tc o n c r e t eu n d e rl o w s t r a i n j c o n s t r u c t i o na n db u i l d i n gm a t e r i a l s v 0 1 1 1n o s 7 8 1 9 7 7 4 0 3 4 1 1 1 4 p a r ksw k i myr s c h a p e r yr 丸av i s c o e l a s t i cc o n t i n u u md a m a g em o d e la n di t sa p p l i c a t i o nt o u n i a x i a lb e h a v i o ro f a s p h a l tc o n c r e t e j m e c h a n i c so f m a t e r i a l 1 9 9 6 2 4 1 2 5 5 15 w h a i f a n g f a t i g u ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fw e s t r a c ka s p h a l tm i x t u r e sb a s e do nv i s c o e l a s t i c a n a l y s i so f i n d i r e c tt e n s i l et e s t d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no f n o r t hc a r o l i n as t a t eu n i v e r s i t y 2 0 0 2 16 a d e a c o n f a t i g u eo fa s p h a l tc o n c r e t e d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no fu n i v e r s i t yo f c a l i f o r n i a b e r k e l e y c a l i f o r n i a 1 9 6 5 17 l iy o n g q i a s p h a l tp a v e m e n tf a t i g u ec r a c k i n gm o d e l i n g d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no fl o u i s i a n a s t a t eu n i v e r s i t y 19 9 9 l8 t b o r w e n h i g h t e m p e r a t u r ef a t i g u ea n df a t i g u ed a m a g ep r o c e s so fa g g r e g a t e a s p h a l tm i x e s t d a d o c t o r a ld i s s e r t a t i o no f u n i v e r s i t yo f c a l i f o m i a b e r k e l e y 2 0 0 2 19 k a g h u z l a n f a t i g u ed a m a g ea n a l y s i si na s p h a l tc o n c r e t em i x t u r e sb a s e du p o nd i s s i p a t e de n e r g y c o n c e p t s d ad o c t o r a ld i s s e r t a t i o no f u n i v e r s i t yo f i l l i n o i sa tu r b a n a c h a m p a i g n 2 0 0 1 2 0 敬淼淼 大跨径钢桥面沥青铺装层裂缝病害研究 d 硕士学位论文 南京 东南大学交通学 院 2 0 0 5 2 1 孙旭霞 钢箱梁正交异性桥面板的构造对铺装的影响研究 d 硕士学位论文 上海 同济大 学土木工程学院 2 0 0 6 2 2 张磊 江阴大桥钢桥面铺装病害研究 d 硕士学位论文 南京 东南大学交通学院 2 0 0 4 2 3 于力 江阴桥桥面铺装局部修复方案研究 d 硕士学位论文 南京 东南大学交通学院 2 0 0 4 2 4 王金生 钢桥面浇注式沥青混凝土铺装病害分析及对策 d 硕士学位论文 南京 东南大学交 通学院 2 0 0 5 2 5 宗海 环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害修复技术研究 d 硕士学位论文 南京 东南大学交通 学院 2 0 0 5 5 东南大学硕士学位论文 2 6 康敬东 沥青路面裂缝和坑槽养护维修技术的研究 d 博士学位论文 西安 长安大学 2 0 0 2 2 7 何波 沥青路面裂缝和坑槽破损机理与修补技术研究 d 硕士学位论文 西安 长安大学 2 0 0 6 2 8 申爱琴 水泥混凝土路面裂缝修补材料研究 d 博士学位论文 西安 长安大学 2 0 0 4 2 9 李智 张肖宁 徐伟 f a c 沥青混合料在处理基层裂缝中的研究与应用 j 丁 中外公路 2 0 0 6 2 6 6 1 8 2 1 8 4 3 0 杜少文 余海浪 i s a c 在罩面中的发展和使用性能 j 中外公路 2 0 0 6 2 6 3 7 6 7 8 3 1 付汉江 凡孝军 樊中华 玻纤格栅在沥青路面防治反射裂缝中的应用田 养护机械与施工技 术 2 0 0 6 1 1 3 7 3 8 3 2 田加亨 苏华友 余艳华 等 s t r a t a 技术在路面防反射裂缝中的应用研究 刀 养护机械与 施工技术 2 0 0 6 9 3 3 3 5 3 3 李淑明 蔡喜棉 许志鸿 防治复合式路面的反射裂缝技术研究 j 同济大学学报 自然科学版 2 0 0 5 3 3 1 2 1 6 1 6 1 6 2 0 3 4 孙全胜 张铭光 s c 水泥改性剂在公路养护中的应用 j 公路 2 0 0 6 1 1 8 5 1 8 8 3 5 王道平 张湘伟 孙南屏 等 超细水泥用于水泥混凝土路面裂缝处理的研究 j 公路 2 0 0 6 1 2 1 9 3 1 9 6 3 6 王晓飞 申爱琴 磨细矿渣改性超细水泥耐久性及收缩性能研究 j 材料科学与工程学报 2 0 0 6 2 4 2 2 0 0 2 0 4 3 7 王晓飞 申爱琴 朱建辉 磨细矿渣改性超细水泥修补微裂缝的性能明 中国公路学报 2 0 0 6 1 9 3 2 4 2 8 3 8 王玉顺 京秦高速公路沥青路面裂缝修补方法 j 公路交通科技 2 0 0 3 2 0 3 6 1 6 3 3 9 高艳丽 付丽琴 王玉顺 等 高速公路沥青路面裂缝修补技术探讨 j 公路 2 0 0 2 9 1 3 6 1 3 9 4 0 吕宁 王俊蒲 刘秋强 微波养护技术在京沪高速公路上的应用 j 养护机械与施工技术 2 0 0 6 1 1 2 9 3 0 4 1 张世福 浅层灌浆技术在高速公路水泥混凝土路面养护维修中的应用 j 公路 2 0 0 4 1 1 1 4 1 1 4 4 4 2 郑健龙 吕松涛 田小革 基于损伤力学的沥青混合料疲劳寿命预估叨 中外公路 2 0 0 5 2 5 3 9 4 9 8 4 3 陈子金 高等级沥青路面使用寿命预测方法研究 d 硕士学位论文 长沙 湖南大学 2 0 0 4 4 4 邹春伟 郭少华 一种预测混凝土路面断裂的方法 j 公路 2 0 0 2 2 4 5 4 7 4 5 巴桑顿珠 黄晓明 西藏沥青路面裂缝温度疲劳扩展寿命分析 j 东南大学学报 自然科学版 2 0 0 6 3 6 6 1 0 1 3 1 0 1 7 4 6 韩毅 邢凯 水对沥青路面疲劳寿命影响初探 j 丁 黑龙江交通科技 2 0 0 5 2 8 2 2 8 2 9 6 第二章钢桥面铺装裂缝修复材料性能试验研究 第二章钢桥面铺装裂缝修复材料性能试验研究 钢桥面铺装材料主要有四种类型 高温拌和浇注式沥青混合料 g u s s a s p h a l t 沥青玛蹄脂 m 硒d c a s p h a l t 改性沥青s m a 环氧沥青混合料 e p o x ya s p h a l t 这些铺装材料在使用过程中均存在不 同程度的病害 在这之中又以裂缝类病害为主要形式 本章首先结合大量的钢桥面铺装健康调查及 维护资料并查阅了国内外大量相关文献 l 捌 对钢桥面铺装不同形式的裂缝进行了分析 将钢桥面铺 装裂缝病害分几类 其次针对这几种铺装材料裂缝类病害修复材料进行试验研究 找出不同铺装材 料 不同类型裂缝的修复材料 最后 设计了一套试验方法 以对钢桥面铺装裂缝修复材料进行性 能试验评价 2 1 裂缝病害类型 裂缝是钢桥面铺装所表现出的最主要的病害类型之一 各种铺装材料所表现出的裂缝病害形式 均有所不同 其中环氧沥青混合料钢桥面铺装 4 s 1 主要以细小裂缝为主 裂缝尺寸主要以宽度2 m m 以 下为主 裂缝形式较为复杂 有结构性 功能性裂缝及非结构性 非功能性裂缝 结构性裂缝主要 以表面纵向裂缝为主 以及横隔板上方出现的部分横向裂缝 非结构性裂缝表现较为杂乱无章 有 横向裂缝 网状裂缝 裂缝长度宽度均有较大离散性 浇注式沥青混合料及沥青玛蹄脂混合料钢桥面铺装 0 3 裂缝尺寸较大 主要以纵向裂缝 横向裂 缝及二者的组合为主 改性沥青s m a i 桥面铺装 7 声j 裂缝病害主要产生在桥面铺装层轮迹间 表现为 有规律的连续纵向裂缝 原因主要是铺装层抗疲劳强度偏低 特别是在钢箱梁u 形肋和横隔梁顶部 在荷载反复作用下产生较大的疲劳拉应力 导致疲劳裂缝 裂缝尺寸与环氧沥青混合料铺装相比较 大 其中宽裂缝尺寸可达到1 5 r a m 以上 钢桥面铺装病害分类主要参照沥青混凝土路面 通过查阅大量国内外相关文献 9 l o 及实际钢桥面 铺装病害调查 将钢桥面铺装病害分为 开裂 车辙 脱层及推移 坑槽 隆胀 其 他病害 在这些病害之中裂缝类病害居首 主要表现形式为纵横向开裂 分析产生的原因为 因铺装 材料耐疲劳性能不足产生疲劳开裂 疲劳开裂是钢桥面沥青混合料铺装的主要病害类型 是铺装层 在正常使用情况下 由行车荷载和温度变化的多次反复作用引起的铺装层的开裂破坏 由于工作环 境和受力模式的不同 钢桥面铺装层疲劳开裂的破坏形式 破坏位置与沥青路面结构层完全不同 后者的疲劳开裂开始大多是形成细而短的横向裂缝 并逐渐扩展成网状 开裂的宽度和范围不断扩 大 因桥梁结构特别是桥面系结构刚度不足 例如桥面板太薄 纵横向加劲间距过大等 引起 铺装表面拉应变过大 汽车荷载过重 例如严重超载 引起铺装表面拉应变过大 针对以上四种铺装材料裂缝病害表现形式的不同 分别就每种材料裂缝病害形式做一定的分析 分类如下 2 1 1 环氧沥青混凝土铺装 环氧沥青混凝土铺装于2 0 0 1 年被应用到我国南京长江第二大桥 以其优异的使用性能改变了国 内钢桥面铺装材料领域的格局 环氧沥青是将环氧树脂加入沥青中 经与固化剂发生固化反应 形 成不可逆的固化物 这种材料从根本上改变了沥青的热塑性质 而赋予沥青混合料新的优良物理力 学性质 自南京二桥成功应用后 浙江舟山桃天门大桥 润扬长江公路大桥 南