層間接觸狀態對橋面鋪裝結構力學響應的影響研究

李帥

（成都龍泉一中）

在查閱相關資料的過程中，了解到我國目前新建橋梁建筑存在的一些病害問題，其中，較為常見的就是瀝青鋪層推移問題以及擁包問題等，對其實際的原因進行分析，則基本上是由于車輛超載或者是鋪裝層間間接接觸不良導致的。

1 數據分析

在查閱計算資料后，按照車輛荷載采用的《公路橋涵通用設計規范》（JTGD60-2004）對相關路段進行荷載分析，則能初步判斷后軸的重力標準數值為149kN，輪胎壓力為0.85MPa。不同的結構部位要按照差異化要求進行計算，且精度也存在差異，整合網格劃分結構，對尺寸予以標注，則能得出不同的結論[1]。結合我們高中學習的分類討論的數學思想，要建立差異化分析，不同實體單元和材料進行差異化模擬，得出相關參數為：①瀝青鋪裝上層，厚度為4cm、模量為2200MPa、泊松比為0.25、單元類型為Solid186；瀝青鋪裝下層，厚度為5cm、模量為2000MPa、泊松比為0.25、單元類型為Solid186；混凝土調平層，厚度為8cm、模量為35000MPa、泊松比為0.15、單元類型為Solid185。②梁板結構，模量為30000MPa、泊松比為0.17、單元類型為Solid185；接縫結構，模量為27000MPa、泊松比為0.17、單元類型為Solid185；橡膠支座結構，模量為1550MPa、泊松比為0.49、單元類型為Solid186。③輪胎的胎冠結構，模量為172200MPa、泊松比為0.30、單元類型為WURF154；輪胎的胎側結構，模量為9870MPa、泊松比為0.30、單元類型為WURF154；輪胎的橡膠結構，模量為1500MPa、泊松比為0.50、單元類型為WURF186，以上數據都是查閱橋面鋪裝材料參數得到的。通過相關分析，能得出不同參數和運行狀態之間的關系。

2 層間接觸狀態對橋面鋪裝結構力學響應的影響

（1）輪胎和橋面鋪裝結構接觸面之間的形成的差異化壓力，輪胎的輪載借助內壁壓力有效實現，若是將輪胎模型放置在橋面鋪裝結構上，則會得出輪胎和橋面鋪裝接觸形狀以及相應的接觸狀態。在整合相關數據后，我們不難發現，其結構表現出的并不是均勻的圓形，而是存在較為復雜的應力分布狀態[2]。也就是說，胎壓減少時，整體接地面積就會隨之增大，壓力峰值就會直接向輪胎的邊緣移動。相反的，若是胎壓不斷增大，則接地面積隨之減少，壓力的峰值回向中間為位置移動，若胎壓一直維持在較為穩定的參數范圍內只是對軸重進行分離，則輪胎中部壓力不會出現較大的變動。

（2）不同層間接觸狀態下，基本的瀝青鋪裝上層力學響應數值也存在差異，在公路研究方面，不同的行駛狀態會形成不同的摩擦，若是車輛勻速行駛，摩擦系數設定為0.05，則混凝土的調平層和瀝青鋪裝層級結構的摩擦系數會在0.1～0.9之間浮動。在查閱的一些資料和數據中，相關研究人員對各個結構層完全黏結條件下不同應力分布結構也進行了分析。也就是說，黏結結構中兩種接觸材料會直接合二為一，且不會產生較大的滑動或者是分離現象。總之，在瀝青鋪裝層和調平層之間，若是存在黏結不足，則整體結構的運行效果就會受到制約，不僅會引起瀝青鋪裝上層剪應力增長，也會出現由于剪應力變化產生的失衡型車轍結構。這些都是導致應力推移的重要因素，也是造成擁包等病害問題逐漸增強的原因，需要引起相關部門的高度重視[3]。

（3）不同層間接觸狀態中，下瀝青鋪裝下層力學響應問題，在對過渡區域進行全面分析時，要對材料性質之間的差距進行處理和整合。若是基本材料之間存在差異，則會出現接觸界面剛性沖突問題，若是上層間結構粘結力不足，則界面應力會較為集中，都是影響瀝青鋪裝下結構應力分布的重要原因，需要引起相關部門和道路管理人員的關注，結合實際情況落實更加系統化的處理措施。

（4）部分特殊情況下的瀝青鋪裝層應力分布情況，除了要對一般狀態進行分析，也要對受力影響情況和相關參數進行分析。若是綁定完全黏結和摩擦狀態，則要有效處理相對滑動問題。完全粗糙是指接觸面的摩擦系數為無窮大，就能有效忽略材料的摩擦力，并且能直接求出應力的平均值。另外，在瀝青鋪裝上層剪應力和拉應力不同時，則粘結狀態下剪應力最小。

綜上所述，車輛的荷載并不是均勻分布的荷載，輪胎的胎壓和壓力峰值的移動關系有關。另外，混凝土調平層和瀝青鋪裝層之間也存在一定的關系，在層間粘結效果不好時，則會導致橋面的鋪裝結構也受到明顯的影響。

3 結束語

總而言之，作為高中生，我們除了要學習高中理論知識外，也要對科學有鉆研的精神，在培養自身興趣的同時，提高問題探究的能力，有效整合學習資源，提升自己的學習效果。只有我們自己的能力和知識水平豐富了，才能為以后成為國家的棟梁之才做好充分準備。

[1]萬晨光，申愛琴，薛翠真，等.層間接觸狀態對橋面鋪裝結構力學響應的影響[J].湖南大學學報（自然科學版），2016，43（09）：113～119.

[2]萬晨光，申愛琴，郭寅川，等.橋面鋪裝混凝土調平層與瀝青面層接觸狀態研究[J].建筑材料學報，2016，19（02）：262～266.

[3]李黎.層間不同接觸狀態對長大縱坡橋面鋪裝車轍病害的影響分析[J].科技傳播，2014（11）：164～165.