《道路养护与管理》课程论文
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道路养护管理探讨(4篇)第一篇:道路桥梁施工以及养护管理探究摘要:我国绝大多数县乡的公路桥梁都是在20世纪70或80年代建成的,到当前,农村经济的发展以及对于交通负担的增大,县乡的公路和桥梁都有不同水准的损害。
本文结合当前现状,就县乡公路桥梁常见的部分病害提出改造和养护管理方面的意见,以能更好的促动我国县乡公路桥梁的发展。
关键词:县乡公路;桥梁;常见病害;养护管理我国于20世纪70和80年代间建设的县乡公路桥梁的荷载标准大多都是汽-10以及汽-15,但随着我国交通压力的持续增压,部分荷载比较低的公路桥梁因为载荷过重、自然灾害的冲击以及人为破坏等多重因素的共同影响,造成了一些桥梁出现了水准不同的毁坏和病害。
具体的表现是桥梁的承载的力下降,对当前的交通运输需求适合不足等。
增强县乡公路桥梁病害的养护管理,实行必要的技术改造,是当前我国交通需要重点增强的地方。
1县乡公路桥梁的常见病害1.1桥梁扩大基础下沉因为上世纪六、七十年代所修建的县乡公路桥梁在修建地基时,因为机械设备不足,多采用人工挖掘的方式来扩大基础,造成绝大多数地基都不满足标准深度的要求,使地基的承载水平较低。
在后期部分桥梁为了实行加固,采用打松木桩的方式实行再处理,但随着时间的推移会出现木桩朽烂的现象,木桩的作用也会随之失效。
造成桥梁扩大基础下沉问题的主要原因,一方面是因为施工年代较为久远,人工挖掘深度有限;另一方面是在早期的修建过程中,施工单位对于地基承载力的重要性理解不够全面,且缺少规范的基建审批程序,在具体施工过程中的质量不高,达不到设计的要求。
此外,因为自然环境的恶化,部分地区多暴风雨天气,使河床面下降的速度加快,也容易造成桥梁基础的暴露。
1.2桥梁支座出现失效因为桥梁的支座通常是以三种形式出现:橡胶板支座、沥青油毛毡支座、摆柱支座。
这三种形式的桥梁支座都会受到不同因素的影响而出现不同水准的病害。
例如橡胶板支座很容易出现变形或者破碎的现象,会使桥梁支座偏移原定的正常位置;沥青油毛毡支座一旦使用的时间过长,会普遍出现老化现象,进而导致桥梁支座的破裂和失效;摆柱支座因为是由钢板制成的,长期暴露在空气中容易出现锈蚀现象,会使摆柱内各个组件的相对位置出现一定的调整变化,使得桥梁支座受力不均匀,进而导致了桥梁支座的失效。
农村公路养护管理论文1. 引言农村公路作为连接农村和城市的重要交通通道,在农村地区具有重要的经济和社会意义。
然而,由于农村地区公路条件有限,养护管理不到位,导致公路损坏严重,给农村交通出行带来了很大困扰。
因此,加强农村公路养护管理工作,提高农村公路质量,具有重要的现实意义。
2. 农村公路养护管理现状2.1 农村公路养护管理缺乏重视由于农村地区交通需求相对较低,养护管理往往被无视,导致公路损坏严重。
农村居民对养护管理的重要性缺乏认识,缺乏对公路的保护意识。
2.2 养护管理资金匮乏农村地区财力有限,无法保障养护管理所需资金。
当前的农村公路养护资金主要依靠政府拨款,但拨款金额有限,投入缺乏。
2.3 人才短缺农村地区人才流失严重,缺乏专业的养护管理人员。
公路养护需要专业知识和技能,缺乏相关人才会影响养护工作的质量和效果。
3. 农村公路养护管理的重要性农村公路养护管理对保障农村交通平安和开展具有重要的意义。
首先,良好的公路养护管理可以提高农村交通的平安性,减少事故发生的可能性。
其次,养护管理可以延长公路的使用寿命,减少公路修建和维护的本钱。
最后,合理的养护管理可以提高农村地区的交通便利性和经济开展水平。
4. 提高农村公路养护管理的对策4.1 加强宣传教育通过宣传教育,提高农村居民对公路养护管理的认识和重视程度。
可以开展养护管理知识的培训活动,增强农民的养护技能。
4.2 增加养护管理资金投入增加农村公路养护管理的资金投入,提供充足的资金支持。
可以通过调整财政政策,吸引社会资本参与养护管理。
4.3 建立健全养护管理机制建立科学合理的农村公路养护管理机制,明确职责分工,完善管理流程。
可以借鉴城市公路管理经验,建立一套适合农村地区的管理模式。
4.4 培养养护管理人才加大对农村公路养护管理人才的培养力度,提供相关的培训时机和岗位晋升途径。
可以通过与高校合作培养农村公路养护管理专业人才。
5. 结论农村公路养护管理是提高农村地区交通质量和促进农村经济社会开展的重要工作。
浅议道路的的养护与管理摘要:随着经济社会的发展,安全舒适、快捷便利的交通运输环境,已成为人们日常生活的迫切需求,如何使公路在设计使用的年限内经常保持完好的状态,使公路养护工作成为了交通行业工作的重中之重。
本文简要介绍公路养护的概念和任务、分析道路病害产生的原因、道路日常养护原则和管理体制的改革问题等做简单探讨。
关键词:道路养护病害分析养护原则改革建议俗语说“要致富先修路”。
经济建设的快速发展,很大程度上取决于便利的交通运输条件。
目前,我国庞大的交通运输网络已基本建成,而如何维护这个庞大的网络已经成为迫在眉睫的重大课题。
从以建设为主的大时代逐渐走向以养护为主的新时期。
“三分建设,七分养护”的道理充分说明了公路养护的重要性。
1道路养护的概念和任务道路工程养护管理是道路路基、路面、桥涵、交通工程设施、排水构造物、绿化工程等项目的检测、维修、评价、预测,以保证车辆能安全舒适、全天候地在道路上行驶。
道路是每个城市的基本设施之一,它直接制约着城市经济的发展,因此保证道路处于良好的运营状态对城市的建设与发展具有非常重要的意义。
道路养护的目的和基本任务是:(1)经常保持公路及设施的完好状态,及时修复损坏部分,保障行车安全,舒适,畅通。
(2)采取正确的技术措施,提高养护工作质量,以延长公路的使用年限。
(3)防治结合,治理公路存在的病害和隐患,逐步提高公路的抗灾能力。
(4)对原有技术标准过低的路段和构造物以及沿线设施进行分期改善和增建逐步提高公路的使用质量和服务水平。
2道路病害及成因的分析道路路面养护工作的重点,路面病害类型较多,包括裂缝、碎裂、车辙、松散、沉陷、麻面和坑槽等。
导致道路路面发生破损的原因很多,如路面结构、材料组成、车辆荷载和外部环境等。
现结合实际情况,对上述主要病害的形成原因进行了简单分析,得到以下几方面的结论:2.1温度是引起裂缝的主要原因。
大气温度随季节和昼夜变换而变化,然而路面是变形受约束的带状连续体,其自身温度随着气温的变化也不断变化,这必将导致路面内部产生温度应力。
简论道路养护及其管理措施摘要:目前,由于我们国家的经济不断快速发展,建设的速度也在增大,出现了许多的道路养护工程作业。
为了保证人们的交通出行安全,建设了很多的城市道路。
这些道路既要做好养护工作,也要确保人们的生命财产。
而且还需能够增强社会的效益。
文章就对道路养护和管理时候出现的问题进行了浅谈,提出了一些合理的建议。
关键词:道桥;施工;养护管理1养护质量控制对道路建设发展的重要性分析一般来说,城市道路建设项目作为整个城市交通发展的重要环节之一,对交通网络有效升级具有极大的促进作用,并且近几年来,我国城市建设更是得到了质的提升,这就是道路建设项目存在的最大表现。
同时在社会经济不断发展的背景下,城市建设规模也在不断扩大,而以往的城市交通环境早已无法有效满足日益发展的交通需求,因而就需要有效增强道路建设力度和水平,并且由于城市交通具有车数量多、施工项目较多等特点,或多或少会对道路工程带来一些消极影响,进而对其所包含的整体性能产生破坏,大大降低道路的实际使用期限。
由此可知,养护质量控制在道路工程中占据着极其重要的地位,不但能有效解决道路工程存在的一系列问题,还能通过合理的技术方式来实现道路模型的构建,进而结合当前实际情况对未来某一区域展开科学推测,便于对可能出现的问题及时制定应对措施,从而将产生的影响降至最低。
养护质量控制还能在充分保证道路安全性的基础上,帮助人们有效改善城市交通环境,从而提高人们的生活水平。
2道路养护管理里面存在的问题我们国家在道路养护上面,相对来说还不是很重视。
相关的工作人员的专业素质和技能相对来说较低。
在道路的养护上面,就不够专业了。
他们对于道路施工知识认识不全面,可能在工作中存在一些差池。
所以,这样就在道路养护的时候出现了很多问题,也不会分析,给道路的质量安全埋下隐患。
现在我们国家在道路养护和管理上面存在一些问题,针对这些存在的问题,我们首先分析一下管理的体制。
在我们国家的道路管理体制里面,部分管理方式还是不太完善的。
郑州航空工业管理学院公路养护管理论文-—永登高速永城段姓名:李肇天学号:100995211学院:土木建筑工程学院专业:道路桥梁方向指导老师:谷洪亮永登高速永城段病害分析及养护处理一、路段简介及其设计标准永登(永城至登封)高速公路是河南省高速公路网“686”规划中的“8横"之一,是河南省高速公路重点建设项目。
永登高速东西走向,东至起河南安徽两省交界的永城市候岭镇小新庄,接规划的永城至宿州高速公路,向东在江苏省泗洪与宁徐高速公路交汇,远期规划继续向东延伸至江苏盐城;西至登封,与郑少高速、洛少高速相接.途径登封、禹州、许昌、鄢陵、扶沟、周口、鹿邑、永城等地.永城段全长45。
936公里,按照平原微丘区四车道高速公路标准设计,路基宽度28米,计算行车速度主线120公里/小时,路面采用沥青路面,服务区1处,收费站4处;全封闭、全立交,各种附属设施完备,工程投资约15亿元。
该段高速公路是河南、安徽两省高速公路网的重要组成部分,是我省通往东部沿海的一条大通道.二、气候条件永城市处在河南省东部,处于黄淮海平原区,东经115°58′~116°39′,北纬33°42′~34°18′之间,平均海拔33米,为平原地区,高速公路所在区域属暖温带季风性半湿润气候区,暖温带大陆性季风气候年平均气温14.30C,四季分明。
年平均气温 14.6℃左右,多年极端最高气温 43。
1℃,极端最低气温-15.4℃。
因受季风影响,沿线降雨量年内不均,春季比较干燥,雨季集中在 7、8、9 三个月,沿线冬春多北风或偏北风,夏秋多南风或偏南风,多年平均风速2.5~4。
5m/s,年降水量为874毫米,无霜期207天.三、本路段常见病害及灾害1。
路基的主要病害(1)路基的沉陷路基沉陷是指路基表在垂直方向产生较大沉落,路基的沉陷有两种情况,一是路基本身的压缩沉降,二是由于路基下部天然地面承载力不足,在自重的作用下引起沉陷或两侧挤出而造成的下沉。
农村公路养护管理之我见【摘要】农村公路缺养、失养,路况必然会很快下降,道路通行就必然受阻,给农村经济发展和社会主义新农村建设造成一定的影响。
所以,在农村公路建设中,必须高度重视农村公路养护工作。
【关键词】农村公路;养护;管理一、问题的提出近年来,随着国家相关政策的出台,农村公路得到了飞速发展,硬面化里程增加,技术等级提高,路面状况改善,使农村公路呈现出良好的发展态势。
但由于农村公路使用的不规范,以及村级公路养护项目的分散,基层管理力量的薄弱,在养护中遇到的技术问题较多,资金投入也受到限制,以至大量道路毁坏,严重影响道路的使用寿命和服务质量,阻碍了农村交通事业的发展。
因此,加快建立农村公路养护管理机制,积极筹集农村公路养护资金,加强对农村公路养护管理的领导,对加快农村交通建设步伐,促进农村经济健康发展有着重要意义。
二、农村公路养护与管理存在的问题(1)农村公路建设质量管理体系不完善。
一是农村公路专业监理人员不足,大部分是各县交通系统抽调的相关专业技术人员,监理业务培训不够,行为不规范,缺乏监理经验和监理经历;二是监理人员配备严重不足,不可能做到全范围监管,全方位监督;三是质量管理各方面的检测设备、手段不完善,各县虽然设立了农村公路质量监督试验室,但是不能发挥其作用,形同虚设;四是一些相关单位领导对农村公路工程质量不够重视,致使监督工作开展有一定困难。
(2)农村公路养护不到位。
自施实“村村通”工程以来,农村公路特别是乡道村道得到飞速发展,乡镇村的修路积极性空前高涨,干劲十足,但往往只讲修路不注重养管。
县财政列支的日常养护经费远远不能满足需求,而乡镇村筹措养护资金还存在一定难度,所以大部分乡道、村道处于失养状态。
而由于养护不及时,造成路面、边坡水毁,影响了道路使用寿命和通行能力。
另外现行的养管体制还有待于进一步改革、完善。
(3)农村公路路政管理存在薄弱环节。
随着农村经济的快速发展,地方经济发展与农村公路路政管理之间的矛盾日益突出,主要表现在:违法建筑不断建在建筑控制区内,个体户或民营企业占用公路或公路用地堆放材料物资;电力或通信企业未经许可随意在公路用地内埋设线杆,不但给公路安全、畅通带来隐患,也影响了公路的进一步改建;大型超限、超载车辆为逃避国省干线的执法检查而绕行农村公路,严重破坏路面结构,极大缩短了公路、桥梁的使用寿命。
公路养护毕业论文公路养护毕业论文公路养护是保障道路安全和延长道路使用寿命的重要环节。
随着交通运输的发展和城市化进程的加快,公路养护的重要性也日益凸显。
本篇论文将探讨公路养护的意义、现状以及未来发展方向。
一、公路养护的意义公路养护是保障道路交通安全的重要环节。
道路是人们出行的重要通道,而道路的安全性直接关系到人们的生命财产安全。
通过对道路进行养护,可以及时修复道路上的损坏,确保道路的平整度和通行条件,减少交通事故的发生。
公路养护还可以延长道路的使用寿命。
道路是公共设施的重要组成部分,其建设投入巨大。
通过定期养护,可以及时发现和修复道路上的病害,防止病害扩大,延长道路的使用寿命,节约社会资源。
二、公路养护的现状目前,我国公路养护工作取得了一定的成绩,但仍存在一些问题。
首先,公路养护工作的投入不足。
由于资金有限,很多地方的公路养护工作无法得到有效的保障。
其次,公路养护工作的技术水平有待提高。
由于技术手段的滞后和人员素质的不高,很多地方的公路养护工作无法达到预期效果。
再次,公路养护工作的管理体制不完善。
由于各级部门职责不明确,公路养护工作的协调性和高效性有待提升。
三、公路养护的未来发展方向为了进一步提高公路养护工作的质量和效益,我们应该从以下几个方面进行改进。
首先,加大养护投入。
政府应该加大对公路养护的资金投入,确保养护工作的顺利进行。
同时,可以引入社会资本,通过PPP等方式,提高养护资金的来源和利用效率。
其次,提高养护技术水平。
加强对养护人员的培训和学习,提高其专业素质和技术水平。
同时,引进先进的养护技术和设备,提高养护工作的效率和质量。
再次,完善养护管理体制。
建立健全公路养护的组织架构和工作流程,明确各级部门的职责和权限,提高养护工作的协调性和高效性。
同时,建立科学合理的绩效考核机制,激励养护人员的积极性和创造性。
最后,加强养护信息化建设。
建立公路养护的信息管理系统,实现对养护工作全过程的监控和管理。
公路养护管理论文道路管理论文普通公路养护管理的现状及对策摘要:当前,在公路建设快速的发展过程中,作为社会主义经济主要的发展目标和基础设施,因此,普通公路养护管理工作的建设发展是在公路管理建设功能方面所发挥出非常重要的作用。
但是,在普通公路养护管理方面也存在着诸多问题,在技术管理方面、运行机制策略、公路养护的机械化等问题。
对此,针对普通公路养护管理的现状以及应用发展的对策进行相关的分析。
关键词:公路养护管理现状对策由于普通公路会直接影响关系到普通百姓的生产生活,所以,在普通公路里一般的特点就是平面的交叉较多、混合交通、公路的设施不够齐全并且全开放的交通等特点。
因此,为了可以适应社会经济日渐增长的需要以及对公路行车质量的需要,切实地实现在公路养护方面的功能以及使用期限,所以也必须要加强提高公路养护管理工作。
然而,由于目前公路建设的快速发展中,在普通公路养护管理工作中仍会存在一些现状的问题,已经不能够再适应公路发展的需要,对此,应采取一些相应的对策来改善目前的状况。
1 作为普通公路养护的特点所谓普通公路养护就是指为了可以保持公路一直处于完好的状态中,并且可以防止使用质量的降低,并且给公路使用者提供一个良好的服务而活动的工作。
在普通公路养护管理是特指公路在建成使用以后所进行的养护管理作业,一般公路养护管理是按照工程的性质、技术的难易程度和规模的大小,从而划分成小修保养、中修和大修以及改善这四个种类。
对于普通公路养护管理的主要目的就是为了可以充分的发挥普通公路在使用功能方面的作用等。
一般普通公路养护的主要特点是:1.1 对于普通公路养护管理主要包括在路面、路基、绿化、桥涵以及交通工程和沿线的附属设施等。
普通公路养护的对象具有全面性和广泛性的特点。
1.2 对于普通公路养护的总投入会比较大并且对人员素质的要求也比较高。
由于普通公路养护范围有着很高的自身价值,所以为了可以保持养护范围并达到标准的技术要求与服务水平,对此就会有较大的投入。
浅谈公路养护与管理【摘要】目前,全国上下齐心努力构建和谐社会,而和谐公路的建设也是构建和谐社会的努力方向之一。
公路改革开放以来,特别是“十一五”以来,我国的公路事业取得了长足发展。
然而,随着公路建设的加速发展,由于公路技术等级结构布局不尽均衡,地域差异较大,以及公路管理体制受政策及资金的影响,还未完全理顺等各种问题和矛盾也日益凸显,亟待解决。
要想创造良好的行车环境,建设有机协调的公路管理系统,加强公路的日常管理将成为我们公路管理者头等重要的问题。
因此,公路的养护与管理称为公路管理者的重点工作。
【关键词】公路病害处治;公路养护与管理1 公路养护管理概况公路建设竣工后,会随着使用时间的延长,由于行车超负荷以及气候自然等因素而导致公路服务水平的退步,因此,公路养护管理是十分必要的,因为只有经常对公路设施进行养护维修,才能保证行车安全顺畅,才能确保公路服务水平。
但是公路的养护维修是需要资金的投入才能有效运行实施的。
这就涉及到资金是否充足的问题,若有足够的资金,就可以进行一个比较全面细致的养护维修了,可以把所有不符合最低标准的设施做一个养护维修,甚至是翻新;若是没有足够的资金,不能实现全部的养护,这就只能根据损坏程度以及路段等级高低进行选择该把这有限的资金运用到哪儿。
一般情况下,我们会经常遇到的都是资金不足的情况,所以,这就要求管理者有效合理地管理各项公路设施,以便遇到类似的问题可以给公路管理部门的主要负责人提供合理的养护维修应对方案,使决策人在给出的结果过方案中筛选出最合理、最有效地决定。
这也是建立公路养护管理系统的主要原因之一。
我国公路养护管理的主要内容包括基础公路设施的日常养护、运营设施的加固完善、对先前的设施功能的改进或者复原、自然灾害等紧急情况的抢修工程以及沿路的绿化环保工程。
同时我们还需进一步了解公路养护的主要目的及任务,即以创造良好行车环境、构建和谐公路养护管理系统、降低养护成本及增加运输经济、社会效益、提高公路合理利用效率为目的,以科学的合理的现代的创新的养护技术与管理措施为手段,努力达到我国和谐公路建设的标准。
道路养护与管理道路养护与管理随着城市化的进程,道路交通的重要性越来越凸显出来。
无论是城市还是乡村,道路一直是人们出行的重要途径。
但是在长期使用中,道路面临着各种各样的问题,需要进行有效的养护和管理工作。
本文将探讨道路养护与管理的重要性,以及如何进行养护和管理。
一、道路养护的重要性1.延长道路寿命道路运输是国民经济的重要组成部分。
道路的建设和养护需要投入大量的人力、物力和财力。
通过及时做好道路养护工作,可以延长道路的寿命,减少道路的维修费用。
道路养护有助于保持道路的良好状况,减少损坏,提高道路使用寿命,从而降低交通运输成本。
2.保障交通安全道路养护是为了确保道路的安全可靠,保护用户的生命和财产安全。
在道路运输中,道路的安全有极其重要的作用。
道路缺陷,如路面板块跳动、裂缝、狭窄桥梁和坡度太大等,可能会导致严重的危险情况。
适时地对道路进行维修和养护,可以有效地减少交通事故发生的概率,保障人民生命和财产安全。
3.提高通行效率快速和顺畅的交通是现代社会和经济的基础,尤其在城市化加速的背景下,交通拥堵问题越来越严重。
对于道路来说,养护可以改善道路的良好状况,缓解拥堵问题,提高通行效率,进一步促进城市和区域的发展。
二、道路养护的内容1.路面养护路面养护是道路养护中最为常见的一种方式。
路面养护包括道路修补、沥青路面维护、防水隔离层施工以及沥青路面改性等。
在路面修补中,要特别注意对路面大面积损坏和小面积损坏的处理。
对于大面积损坏,需要进行弹性层、基础夯实、沥青混合料铺装等一系列维修措施。
对于小面积损坏,可以采用灌缝、补丁等简单的措施进行处理。
2.环境配套养护随着城市化的快速发展,道路周围环境的问题也逐渐凸显出来。
如路灯照明、环境美化、景观绿化等。
良好的环境配套可以提升道路的档次和品位,增强人们的美感和舒适感。
3.管养养护道路管理是道路养护的重要组成部分。
管养养护主要包括日常维护、设施管理、设施修缮、设施更新等。
它需要做好工作日志记录,定期检查设施和设备,并应配备充足的维护人员和设备,使道路一直保持良好状况。
《市政道路养护与管理》课程论文论文题目:断裂与损伤力学在钢桥面沥青铺装层研究中的应用现状概述姓名:X X X学号:XXX专业班级:2011级土木工程X班(道桥方向)任课教师:陈晓刚摘要本文从钢桥面沥青铺装层的裂缝类型、三维断裂力学模型、断裂力学参数和断裂判据、最不利荷载位臵确定、疲劳寿命预估等方面简要地介绍了断裂力学在钢桥面沥青铺装层中的应用现状。
实验和工程经验证明,断裂力学在钢桥面沥青铺装层中的应用可以为桥面铺装的抗裂设计提供依据,并且为铺装结构的裂缝修补时机研究提供参考,能够较准确地预估沥青铺装层的疲劳寿命。
关键词:断裂力学钢桥面沥青铺装层应用现状引言大跨径钢桥桥面铺装层的使用条件十分苛刻,对铺装材料要求非常高。
沥青混合料具有优越的路面使用性能,广泛应用于高等级公路路面和钢桥桥面的铺装工程,目前国内外已建成的钢桥桥面铺装层大都采用沥青混合料。
特别是环氧沥青混凝土已经成为大跨径钢桥桥面铺装的首选材料,在中国有很大的推广应用前景。
由于大多数沥青混合料是富有微细观缺陷,在荷载作用后会在其中出现微细观裂纹,并随着荷载的周期性作用而逐渐扩展,最终导致沥青材料的损伤破坏。
根据实桥调查发现,裂缝是钢桥面铺装的主要病害形式,裂缝的扩展是铺装层失效的原因之一。
目前从断裂力学角度对环氧沥青混凝土铺装裂缝的研究较少,对铺装的断裂失效判据认识不深。
不少研究人员根据路面设计理论研究钢桥面铺装的失效判据。
把铺装层表面最大拉应力或拉应变作为铺装的疲劳失效判据,所得结论与实际路面情况不符。
断裂力学可用于描述微裂纹的萌生与发展过程,研究宏观裂缝的稳定与失稳扩展规律,本文介绍了基于断裂力学理论研究大跨径钢桥桥面铺装的疲劳失效判据准则。
目前的钢桥面铺装层设计方法是基于沥青混合料的疲劳方程进行疲劳寿命预估,并将铺装层表面的最大拉应变或拉应力作为设计指标,计算设计指标时所建立的钢桥面系力学模型,忽略铺装层内存在的裂缝等缺陷,将铺装层当作无缺陷的完好结构。
事实上,经过碾压、大幅降温、养护等一系列过程,钢桥面铺装层在投入使用之前即带有初始裂缝,初始裂缝在轴载和环境条件的反复作用下逐步扩展,直至达到临界破坏状态。
带裂缝的铺装层在外荷载作用下,应力、应变分布与完好铺装层结构的情况有很大差别,控制铺装层疲劳破坏的指标不再是表面应力、应变值,而是裂缝前沿局部应力、应变场的强度,应该应用断裂力学来研究铺装层的疲劳破坏过程。
断裂力学立足于铺装层存在缺陷的事实,将铺装层的疲劳过程看作是裂缝扩展过程,通过研究裂缝前沿的局部应力、应变场,以把握裂缝的疲劳扩展规律并预估铺装层的疲劳寿命。
在线弹性断裂力学中,应力强度因子是表征裂缝前沿局部应力、应变场强度最常用的指标,裂缝的疲劳扩展形态由应力强度因子所决定,通过研究应力强度因子的变化规律,可以预测和跟踪裂缝扩展过程。
1 钢桥面铺装层裂缝的类型正交异性钢桥面铺装结构与一般公路沥青混凝土路面结构不同,两者的受力模式完全不同。
如下图1为路面结构与钢桥面铺装结构的对比。
图1 典型的路面结构和钢桥面铺装结构断面对比从图1可以看出:典型路面的沥青混合料面层位于刚度较均匀的基层上,而钢桥面铺装层则位于刚度不均匀的钢桥面板上。
对于一般的沥青混凝土路面。
沥青混凝土面层的最大拉应力或拉应变均出现在面层底面,疲劳裂缝从面层的底面向顶面扩展,通常认为在交通荷载作用下沥青路面最危险的开裂方式为Ⅱ型剪切开裂方式。
而对于钢桥面沥青混合料铺装,由于正交异性钢桥面板柔度大,在车辆荷载与外界环境的共同影响下,钢桥面板局部变形。
由于加劲肋的支撑作用。
在车辆荷载作用下,加劲肋、横肋或横隔板、纵隔板顶部的铺装层表面出现明显的应力集中现象,从而使该处产生裂缝,并且裂缝从铺装层表面向底面扩展,裂缝的扩展形式以I型张开开裂为主,I型裂缝已经成为铺装最危险的开裂方式口。
因此本文中主要研究钢桥面铺装的I 型裂缝。
2 钢桥面铺装层三维断裂力学模型限于正交异性钢桥面系受力的复杂性,对铺装层的力学分析主要采用以有限元单元法为主的数值方法,带裂缝的正交异性钢桥面系的断裂力学分析也只能采用有限元法,这里首先建立局部正交异性钢桥面系三维断裂力学有限元模型。
轴载对钢桥面铺装层的作用具有很强的局部效应,局部受轮载的反复作用是导致铺装层损坏的最直接原因,为此,截取长为3跨横隔板间距、宽为8跨纵向加劲肋的局部正交异性钢桥面系模型。
沿纵向加劲肋顶部疲劳开裂是正交异性钢桥面铺装层最主要的破坏形式,假设沿纵向加劲肋顶部铺装层表面有一条纵向裂缝,裂缝面为竖直面,裂缝竖值向下扩展;研究表面裂缝向下扩展时,裂缝沿表面水平向贯穿越长,裂缝向下竖直扩展所受的约束就越小,即越有利于裂缝向下扩展,为此,这里考察裂缝水平方向贯穿局部桥面系整个纵向长度这种最不利情况,如下图2、图3所示。
图2 钢桥面系纵截面和纵向荷载位臵示意图图3 带裂缝的钢桥面系横截面与横向荷载位臵示意图3 断裂力学参数及断裂判据因为裂缝尖端应力具有奇异性,经典的强度理论不能解决这类问题,而应力强度因子K可以有效描述这类问题,它反映了线弹性材料裂缝尖端弹性应力场的场强。
I型裂缝应力强度因子KI的临界值Ktc表征了材料阻止裂缝扩展的能力,是材料抵抗断裂的韧性指标,称为断裂韧性。
当构件的K值达到其临界值KI C时,构件就会失稳断裂。
脆性断裂的应力强度因子判据可以表示为:K=KI C 。
KI C为材料常数,可通过试验测定。
对于切口三点弯曲梁试件,断裂韧性K I C 由式(1)计算)(f 023Wa BW SP K Q IC = (1) 式中:P Q 为临界荷载;B 为试件宽度;W 为试件高度;a 0为初始裂缝深度;S 为弯曲梁支点之间的距离。
临界荷载P Q 和初始裂缝深度a 0。
的确定方法见GB 416l 一84。
f(Wa 0)为系数,按照式(2)计算 2902702502302100)(7.38)(6.37)(8.21)(6.4)(9.2)(f Wa W a W a W a W a W a +-+-= (2) 当裂缝尖端出现较大的塑性变形时,线弹性裂纹解不能描述问题的真实状态,这时可以引入弹塑性断裂参数.,积分来描述这类问题。
它反映了裂缝尖端弹塑性应力场的场强,且由于积分路径无关性。
J 积分绕开了裂缝尖端的塑性区,避免分析塑性区复杂的力学性状。
大量试验表明,J 积分可以作为裂缝起裂判据,其数据较稳定,并与试件尺寸无关。
在弹塑性情况下,J 积分的值由线弹性J 值和塑性J 值2个部分组成。
图4中Ι区为弹性形变能U e ,Ⅱ区为弹塑性形变能U p 。
三点弯曲梁J 积分的表达式为)(2)1(0122e a W B U E K J J J p p -+-=+=μ (3) 式中:E 为弹性模量,可以根据荷载一加载点位移(P-V)曲线采用初始柔度法计算得出;μ为泊松比,取为0.3;U p 可根据P-V 曲线采用Matlab软件编程计算得出。
测定材料的J I C 值,可采用深裂纹单试样,由临界点所对应的位移值V C 。
和载荷值P Q 按式(4)进行计算。
当裂纹尖端的J积分达到临界值J I C (J=J I C )时,裂缝开始扩展。
若P-V 曲线上升段呈线性,则U P 的值很小,可以忽略。
这时断裂韧性K I C 。
和J I C 可以通过式(4)转换EK J IC IC22)1(μ-= (4)图4 单试样P-V曲线4 最不利荷位的确定行驶在正交异性钢桥面系的车辆,当车辆轮胎与铺装层的接触相对于纵向加劲肋、横隔板的位臵改变时,铺装层内产生的最大应力、应变值也将发生变化,对铺装层的损伤也将不同,那些在铺装层内产生最大应力、应变响应的轴载作用位臵称为最不利荷位,轴载作用在最不利荷位下的铺装层的应力、应变响应值是进行铺装层设计的主要依据,因此,进行钢桥面系力学分析之前首先应该确定轴载作用的最不利荷位。
现有的钢桥面系力学模型都是将铺装层看作无缺陷的完好结构,针对该模型的轴载作用最不利荷位问题,许多文献对此做了探讨。
当铺装层内存在裂缝时,铺装层内的应力、应变状态与无裂缝铺装层的情况是不同的,且所关心的力学参量也不再是铺装层表面的最大应力、应变值,而是由应力强度因子所表征的裂缝尖端应力、应变场强度,对比分析不同荷位下的裂缝应力强度因子大小,可以确定轴载作用的最不利荷位。
这里选择如图3所示的9个荷位进行分析比较。
三维裂缝属于I、Ⅱ、Ⅲ混合型开裂问题,裂缝的扩展必须考虑3种开裂模式的综合作用,其应力强度因子也应该是3种应力强度因子Kl 、KⅡ、KⅢ的组合,目前关于混合型裂缝的断裂判据准则还不是很统一,工程中从偏于安全的角度出发,并参考最小应变能密度因子理论,采用式(5)表示等效应力强度因子Ke.(5)由于荷载和模型都以荷载面积横向中心线为对称轴,经过该对称轴的横截面上的裂缝尖端处于平面应变状态,计算结果显示,K Ⅲ≈O 可忽略不计,9个荷位的计算结果如表1所示。
表1 轴载作用于不同荷位的应力强度因子值从表1的数据可以看出,荷位8为最不利荷位,该荷位的荷载作用面积一侧边缘紧靠裂缝线,后面将以该荷位作为标准荷位进行裂缝疲劳扩展寿命分析。
5 铺装层疲劳寿命预估从现场观察来看,铺装层表面裂缝几乎是垂直向下扩展的,因此,可以认为裂缝扩展角θ =0,描述裂缝扩展规律最常用的是Paris 公式:(6)(7)式中:C 、n 为材料常数,由试验确定;a 0,a e 分别为初始裂缝深度和临界裂缝深度;N 为疲劳扩展寿命:△K=K m a x -K m i n 为应力强度因子增幅,在这里0m i n =k .要计算式(7)的积分,首先要将应力强度因子表示为裂缝深度a 的函数,采用有限元法计算出不同深度a 的裂缝应力强度因子值,然后进行曲线拟合得到应力强度因子与裂缝深度a 的关系式。
图5是应力强度因子K l 、K Ⅱ、K Ⅲ 随裂缝深a 变化的曲线。
图5 应力强度因子随裂缝深度的变化曲线对图5的曲线进行拟合得到等效应力强度因子为裂缝深度a 的二次多项式(8)。
3221e p )(f p a p a a K ++== (8)其中,回归系数值P l =一0.003475、P 2=0.2193、P 3= 3.537:相关系数为0.9948。
对于沥青混合料的疲劳扩展参数C 、n 的值,国外文献积累了较多的试验数据,综合对比铺装混合料和文献所用的试验混合料,选择C=2.7×10-6、n=2.8。
初始裂缝深度C 0的确定对于计算疲劳扩展寿命很关键,过小C 0的将使基于连续介质力学理论的断裂力学不能适用。
Uzan和Lytton 在沥青混合料的疲劳试验过程中,测得每荷载循环能耗由初期的稳定增长阶段突然转变为快速增长阶段,区分这两个阶段的裂缝临界深度是7.5 mm ,设此值为裂缝疲劳扩展的初始深度C O ;Li Yongqi在材料试验中测得初始裂缝深度为6.9 mm ,相应于裂缝宽度1.5 mm ;综合两者,本文选择初始裂缝深度为7.0 mm 。