目前,桥面铺装层结构破坏已成为高等级公路主要病害之一,严重影响了行车安全与舒适性,造成了巨大的经济损失。然而,我国对于桥面铺装方面的研究开展得较晚,相关研究也较少,尤其是针对大跨径水泥混凝土桥的沥青混凝土桥面铺装的研究更少。现在实际工程中我国的水泥混凝土桥面铺装一般是依照实际经验确定,而只有少数研究人员,从不同的方面进行了探索性研究,远没有形成共识,也很少应用于实际工程中,这种研究状况显然无法跟上我国公路建设发展的步伐。 为此,本文结合河南省交通厅科技项目“特大型水泥混凝土桥梁沥青铺装技术研究”,采用理论和试验相结合的方法,首先研究总结了国内外关于水泥混凝土桥沥青混凝土桥面铺装的研究概况,并对河南省部分水泥混凝土桥面铺装进行调查,针对桥面铺装的主要破坏类型,进行了原因分析,并提出了铺装层抗拉强度和层间抗剪强度的2个设计控制指标。 其次,以黄河二桥100m跨下承式系杆拱桥为研究对象,选取目前世界上通用的ANSYS有限元计算分析软件,对桥面铺装体系进行了力学特性分析,为减少计算量同时提高计算精度,先用较粗的网格划分对系杆拱桥的整体结构进行受力分析,结果表明全桥的最不利荷位在跨中;再用较细的单元网格划分最不利荷位附近区域的铺装层,并在各个指标的最不利加载方式下,进一步分析了该区域各设计指标的变化规律,同时给出相应的三维立体图;另外,为确定荷载变化对铺装层各设计指标的影响,本文还分析了不同超载率和水平荷载下各指标的变化规律。结果表明,保证铺装层与桥面板之间不发生剪切破坏最为关键。 再次,进行了相关室内外试验研究,探讨了防水粘结层材料用量(涂膜)、垂直压力、环境温度等因素变化对层间抗剪强度的影响,建立了不同温度下水泥混凝土桥面板与沥青铺装层间的剪切强度与粘结强度关系式,并确定了环境温度为15℃时该桥铺装层层间稳定性控制指标——容许粘结强度为0.4318 MPa。 最后,探讨了防水粘结层和沥青混凝土铺装层的施工技术问题。 总之,本文对黄河二桥及类似大桥的桥面铺装设计、材料选择及其施工控制具有重要的参考价值。