摘 要：随着城市交通的不断发展和桥梁建设规模的扩大，城市桥梁的维护管理变得越来越重要。为了提高城市桥梁结构的可靠性和使用寿命，文章对城市桥梁沥青混凝土桥面铺装的常见病害如裂缝、坑洞、龟裂、车辙等进行了详细调查和分类，并运用有限元软件对其进行模拟分析。该研究可以有效降低维修成本，延长桥梁的使用寿命，提高城市交通的安全性和稳定性，对于城市桥梁的维护管理具有重要的意义沥青网sinoasphalt.com。

关键词：城市桥梁;沥青混凝土;桥面铺装;病害分析;

作者简介：税强（1975—）,男,工学硕士,高级工程师,从事市政桥梁隧道设计工作。;

0 引言

随着城市的迅猛发展和交通运输需求的不断增长，城市桥梁作为重要的基础设施，也作为城市交通的重要组成部分，对于保障人们的出行安全和促进城市经济发展起着至关重要的作用，承载着日益加重的交通负荷。长期以来，桥梁的正常使用受到了来自环境因素和车流荷载等多种因素的影响，由于长期使用和外界环境的影响，城市桥梁的使用寿命逐渐缩短，导致沥青混凝土桥面铺装病害频发，严重威胁到城市交通的安全性和可靠性，并频繁出现各种病害问题，给城市交通系统带来了严重的挑战[1]。

沥青混凝土桥面铺装作为一种常见的桥梁铺装材料，容易受到车辆荷载、气候变化、日常维护等因素的影响，导致龟裂、剥落、破裂、沉陷等病害问题的出现。这些病害不仅缩短了桥梁的使用寿命，还可能引发交通事故和道路塌陷等严重后果。吴仪[2]等人通过相关试验研究表明，混凝土的抗压强度随着冲击荷载的增加而增加。曹健[3]等人通过有限元模拟软件表明随着总车辙深度增加，车辙病害越往铺装层下层发展。为了提高城市桥梁结构的可靠性和延长使用寿命，深入研究并有效分析沥青混凝土桥面铺装的病害成为亟须解决的问题[3]。

该文旨在进行一项关于沥青混凝土桥面铺装的病害分析研究，并提供科学、可行的解决方案[4]。在对已有的病害分类和成因分析的基础上，采用有限元软件，对城市桥梁沥青混凝土桥面铺装的病害进行全面分析和评估。通过获取关键参数并结合数据挖掘技术，实现对病害类型和严重程度的自动识别和定量评估，为桥梁维护管理决策提供科学依据[5]。该文的研究成果将有助于提高城市桥梁病害的检测准确性和诊断效率，为桥梁维护人员提供及时、准确的信息，从而降低维修成本，延长桥梁的使用寿命，保障城市交通的安全和顺畅，也为其他相关领域的研究提供了参考和借鉴，推动城市桥梁工程领域的发展和创新。

1 桥面铺装常见病害类型

桥面铺装常见病害类型多种多样，主要包括裂缝、坑洞、龟裂、剥落和沉陷等。裂缝是桥面铺装病害中最常见的一种，分为横向裂缝、纵向裂缝和连续裂缝等类型，常由荷载作用、温度变化和地基沉降等因素引起。坑洞是桥面铺装病害中比较严重的一种，常由车辆荷载、水蚀、冻融循环和材料老化等原因导致。龟裂是指桥面铺装上出现的较为密集的细小裂缝，通常与沥青混凝土的收缩、老化和变形有关。剥落是指桥面铺装材料从基层或衬层上脱落，主要由于黏结力不足、材料劣化和水蚀等原因造成。沉陷是桥面铺装下陷或塌陷的情况，通常与地基不稳定、水分渗透和材料沉降等因素有关。这些常见病害的存在不仅影响行车舒适性，还可能导致交通事故和进一步的结构损坏，因此及时识别和维修是确保桥梁安全运行的重要措施。

1.1 裂缝病害

桥面铺装的裂缝病害类型多种多样，常见的包括横向裂缝、纵向裂缝和连续裂缝。横向裂缝是指与车辆行驶方向呈横向分布的裂缝，通常出现在桥面铺装的横向接缝处或靠近桥缘的位置。这种裂缝主要由于车辆荷载引起的弯曲应力和温度变化引起的收缩应力所致。纵向裂缝则是与车辆行驶方向呈纵向延伸的裂缝，通常出现在桥面铺装的纵向接缝处或中央区域。这种裂缝主要由于桥梁的热胀冷缩和地基沉降等原因引起。连续裂缝则是一种较为严重的裂缝形式，呈现为多条裂缝连接成一片或呈网状分布。这种裂缝常由于桥面铺装材料的老化、变形或黏结力不足等因素引起，裂缝的存在会加速桥面铺装的破损和水分渗入，进一步导致结构破坏和损坏加剧。具体裂缝病害类型如表1所示：

表1 裂缝病害类型 下载原图

1.2 坑洞病害

桥面铺装的坑洞病害通常是指桥面铺装表面出现的凹陷或凸起，形成明显的洞穴状。这种病害往往由车辆荷载、水蚀、冻融循环和材料老化等原因导致。车辆荷载是其中主要的因素之一，过重的车辆荷载会对桥面铺装施加巨大的压力，使得铺装层逐渐破碎并形成坑洞。水蚀也是常见原因之一，水分渗入铺装层后，会侵蚀材料，导致坑洞的形成。冻融循环也会对桥面铺装造成损害，当水分渗入裂缝中，在温度变化的作用下，冻结和融化会引起铺装层的开裂和剥落，从而形成坑洞。随着时间的推移，材料会老化，失去原有的强度和柔韧性，增加了坑洞形成的可能性。坑洞的存在严重影响行车安全和驾驶舒适性，也会导致进一步的结构损坏。

1.3 龟裂病害

桥面铺装的龟裂病害类型是一种常见的问题，其表现为桥面铺装表面出现许多细小的裂缝，形状近似于龟壳纹理。这种病害主要由于车辆荷载、温度变化和材料老化等因素引起。车辆荷载是龟裂病害形成的主要原因之一，过重的车辆荷载会对桥面铺装施加压力，导致铺装层产生裂缝。温度变化也对龟裂病害起到重要作用，当温度升高或降低时，桥面铺装会发生膨胀或收缩，如果没有足够的伸缩空间，就会造成应力集中，导致龟裂的形成。随着时间的推移，桥面铺装材料会受到氧化、紫外线辐射和水分侵蚀等因素的影响而老化，失去原有的弹性和强度，进一步增加了龟裂病害的风险。龟裂病害的存在不仅影响行车的平稳性和驾驶的舒适性，还会加速桥面铺装的破损和水分渗入，导致进一步的结构破坏。

1.4 剥落病害

桥面铺装的剥落病害类型是一种常见而严重的问题，通常表现为桥面铺装层逐渐脱落或剥离。这种病害往往由于多种因素导致。其中，车辆荷载是主要原因之一。过重的车辆荷载会对桥面铺装造成巨大的压力，超过其承载能力，导致铺装层的断裂和剥离。温度变化也是引发剥落病害的重要因素。当气温升高或降低时，桥面铺装会发生膨胀或收缩，当没有足够的伸缩空间时，就会导致层与层之间的黏结力减弱，进而引发剥落。水分的渗入也是剥落病害的一个重要原因。水分会侵入铺装层内部，使得不同材料之间的黏着力下降，导致层与层之间产生剥离。材料老化、施工问题和维护不善等因素也可能导致剥落病害的发生。剥落病害的存在严重威胁桥梁的结构完整性和安全性，会进一步加速铺装层的破损和结构的腐蚀。

1.5 沉陷病害

桥面铺装的沉陷病害类型是一种常见的问题，在桥面铺装表面出现不均匀的下沉或凹陷。该病害通常由多种因素引起。地基承载力不足是导致沉陷病害的主要原因之一。如果桥梁的地基不稳定或地基土质不均匀，地基就无法提供足够的支撑力，导致桥面铺装下沉。水分的渗入也会引发沉陷病害，如果在桥面铺装和地基之间存在缝隙或损伤，水分可能渗入其中，导致地基土壤软化，从而使桥面铺装发生沉陷。长时间的车辆荷载压迫和频繁的温度变化也可能引起沉陷病害。车辆的重复通行和荷载会对桥面施加持续的压力，导致桥面铺装材料的变形和下沉。温度变化也会使得桥面铺装膨胀和收缩，加剧了沉陷的程度。对于桥面铺装沉陷病害，及时的检测和修复非常重要。如果不加以处理，沉陷可能会造成桥面不平、行车不畅，甚至对整个桥梁的结构稳定性产生威胁。

2 沥青混凝土桥面铺装层有限元模型的建立

2.1 有限元方法的基本原理及ABAQUS简介

有限元方法基本原理是将复杂的连续体结构划分为许多离散的小单元，通过对这些小单元进行力学分析来近似描述整个结构的行为。在有限元方法中，使用数学方法将结构的物理行为转化为代数方程，并利用计算机进行求解。ABAQUS是一款常用的有限元软件，它提供了强大的建模、分析和求解功能，可以模拟各种结构和材料的力学行为。

2.2 工程案例

该文以四川成都某桥梁为例，由于历史年代较长，有必要对沥青混凝土桥面铺装的病害进行分析研究，以保证桥梁在以后的使用中保持稳定性与可靠性。

2.2.1 有限元模型及参数表

建立的有限元模型如图1所示，钢筋混凝土等在工程中常用模型参数如下，见表2所示。

图1 有限元模型 下载原图

表2 有限元模型参数表 下载原图

规范中规定车轮荷载为0.2 m×0.6 m的矩形，前中后轴重为30 k N、120 k N、140 k N，轮胎作用于路面的形状更接近于矩形。考虑到沥青混合料具有一定的变形能力，在荷载作用下会使荷载分布区域均匀，所以该文根据荷载等效原则将车轮荷载视为正方形的均布荷载，轮胎接地压强为0.7 MPa，双轮组轮心距为28.9 cm，双轮轴距1.8 m。

图2 支座界面纵向剪应力（MPa) 下载原图

2.2.2纵向最不利荷位确定

沥青混凝土桥面铺装层的有限元模拟纵向最不利荷位可以通过使用运用结构分析的有限元理论模型来实现。通过使用有限元分析软件，可以建立沥青混凝土桥面铺装层的有限元模型，通过模拟计算结果如图2～3所示。

通过有限元数值模拟计算，由图2～3可以看出，支座界面纵向剪应力随着铺装深度呈先增大后降低最后趋于稳定形式，在铺装深度4～5 cm时纵向切应力达到最大，支座界面横向剪应力也随着铺装深度呈先增大后降低最后趋于稳定形式，在铺装深度3～4 cm时纵向切应力达到最大，通过数值模拟，可以有效了解支座界面最大应力位置，为工程实践提供技术依据和支持。

3结语

该文通过对沥青混凝土桥面铺装的病害分析研究，得出了以下结论：

(1）沥青混凝土桥面铺装存在各种不同类型的病害，包括裂缝、坑洞、龟裂、剥落、脱落等。这些病害可能是由于材料质量问题、施工不当、环境因素或过载荷载等多种原因造成的。

(2）该文通过数值模拟方法，得出在铺装深度4～5 cm时纵向切应力达到最大，在铺装深度3～4 cm时纵向切应力达到最大，有助于预测城市桥梁沥青混凝土桥面铺装的病害。这种分析方法可以帮助准确分析桥面病害形成的机理和规律，预测病害的位置和类型，为维护和修复提供方向性指导，提高桥面的耐久性和安全性。

图3 支座界面横向剪应力（MPa) 下载原图

参考文献

[1] 钱师雄,闫东波,申启华,等.宽幅变截面连续钢箱梁桥面高温摊铺方案研究[J].公路, 2022(11):71-76.

[2] 吴仪,戴俊,吴丙权,等.基于库伦理论的桥面混凝土动态力学特性分析[J].科学技术与工程, 2022(19):8481-8485.

[3] 曹健,张可强,吴钊.复合浇注式沥青钢桥面铺装车辙病害层位分布特性研究[J].公路, 2022(7):28-32.

[4] 孙马,刘盛智,陈虎成,等.装配式预应力混凝土小箱梁桥病害分析及优化设计[J].世界桥梁, 2022(2):112-117.

[5] 吕宏奎,齐秦,李龙利,等.运营期T梁桥面纵向开裂病害处治技术研究[J].世界桥梁, 2022(1):100-106.