道床板钢筋锈蚀的细观力学影响

为探究钢筋锈蚀对双块式无砟轨道道床板混凝土的影响，建立了道床板混凝土细观尺度力学模型，研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤破坏模式，分析了列车荷载和温度荷载对锈胀钢筋混凝土道床板力学性能的影响. 研究结果表明:钢筋锈蚀引起的道床板开裂模式主要与钢筋保护层厚度有关，与钢筋直径和间距关系小；道床板内部裂缝贯通时的锈胀位移随着钢筋间距的增大而增大，当保护层厚度为60 mm，钢筋间距为120 mm时，61.2 μm的钢筋锈胀位移就会引起道床板内部裂缝贯通；列车荷载对锈蚀后的道床板损伤影响小，且会使道床板受力趋于均匀；整体降温30 ℃和负温度梯度荷载均会使锈胀道床板拉伸损伤进一步明显增大，在道床板水平及垂向产生贯通裂缝；整体升温30 ℃和正温度梯度荷载作用对锈胀道床板损伤影响小.      

连续道床板拉伸开裂模型试验研究

为验证连续式无砟轨道温度裂缝型式和温度力荷载取值方法的正确性,针对目前高速铁路上普遍采用的连续道床板及底座板结构,考虑混凝土标号、配筋率及钢筋直径等影响连续无砟轨道设计的关键因素,设计了450 mm×80 mm×80 mm、中心配置直径10 mm带肋钢筋的混凝土构件,利用万能试验机进行张拉,模拟了连续道床板降温时的裂缝开展过程,测试了构件开裂前后的轴力及应力重分布情况.测试结果表明,张拉过程中,裂缝呈现出不稳定和稳定两种状态;裂缝出现后,钢筋与混凝土应力分布不均匀,裂缝位置处的钢筋应力增加至300 MPa以上;构件在全断面开裂后轴力会突然降低,开裂前后瞬间的轴力超过或达到了混凝土开裂轴力.对于采用C40混凝土的连续道床板,为保证结构的安全使用,应配置0.9%以上的钢筋使之满足强度要求,并将裂缝控制为不稳定裂缝状态,作为设计荷载之一的最大温度力荷载建议采用开裂后的轴力进行计算.      

双块式无碴轨道开裂支承层的折减弹性模量

用有限元法,在双块式无碴轨道支承层开裂的情况下,针对不同的裂缝间距、支承层厚度和弹性模量,分析了道床板与支承层形成的结合式双层结构抗弯剐度的变化规律,得到了开裂支承层的折减弹性模量．研究表明,支承层材料的弹性模量越高、厚度越大、裂缝间距越小,支承层开裂后弹性模量的折减率越大,设计中应根据相关结构参数和可能的裂缝间距合理确定支承层的折减弹性模量．     

高贝利特水泥在高速铁路现浇道床板混凝土中的应用

从高速铁路现浇道床板混凝土抗裂需求出发,对高贝利特水泥混凝土的力学性能、收缩性能、绝热温升和抗裂性能进行了试验研究,并进行了现场验证试验.研究结果表明:高贝利特水泥混凝土早龄期弹性模量及180d干缩值明显低于普通水泥混凝土,且水化绝热温升亦小于普通水泥,因此,前者材料的性能与高速铁路道床板结构特点和抗裂需求间存在较好的匹配性,这与现场试验所示结果相同.故采用高贝利特水泥进行C40道床板混凝土配制是从材料方面解决道床板混凝土开裂问题的有效措施之一.     

连续配筋混凝土路面横向开裂发展规律

为了了解连续配筋混凝土路面(CRCP)横向开裂的实际发展规律,对湖南省耒宜高速公路CRCP试验路进行了5.5a的跟踪调查与检测,对裂缝间距和裂缝宽度的测试结果进行了统计分析。分析结果表明:随着龄期的增长,CRCP横向开裂按产生速度的快慢可分为硬化开裂期、过渡开裂期和稳定开裂期,裂缝间距和裂缝宽度的变异系数一般分别在0.30～0.35和0.20～0.25之间,平均裂缝间距与龄期之间呈现良好的幂函数关系,平均裂缝宽度与气温之间存在良好的线性关系,裂缝间距服从正态分布规律。     

箍筋对混凝土保护层锈胀开裂的影响

利用有限元软件ANSYS建立考虑箍筋间距、直径变化的钢筋混凝土构件锈胀裂分析模型,研究箍筋对纵筋锈蚀导致钢筋混凝土构件保护层胀裂的影响.结果表明:箍筋间距在100 mm以上时,对引起纵向裂缝的最大锈胀力影响很小,.但对裂缝产生的位置有一定影响,即箍筋位置处首先出现裂缝的可能性最小,而相邻箍筋中间位置处可能性最大;箍筋间距在50 mm以内时,能有效抑制或延缓试件表面纵向锈胀裂缝的产生,箍筋直径变化对保护层纵向锈胀开裂影响甚微.     

连续配筋混凝土路面一维非线性力学分析

考虑钢筋与混凝土之间的非线性粘结滑移关系及混凝土面板与地基之间的非线性摩阻滑移关系,采用数值迭代法建立了连续配筋混凝土路面在温缩和干缩作用下横向开裂的一维非线性力学分析方法,从而同时获得裂缝间距、裂缝宽度与钢筋应力3个设计指标的结果,编制了迭代法计算程序CRCPAP.对耒宜高速公路连续配筋混凝土路面的横向开裂进行了非线性分析,得到了应力和位移沿板长的分布规律,并提出了连续配筋混凝土路面横向开裂产生区、过渡区和安全区3个区域的概念和范围.     

大跨度连拱隧道二次衬砌裂缝处治方案探讨

施工过程中大跨度连拱隧道二次衬砌出现的裂缝产生原因较复杂,处治也较困难。以沪昆高速贵阳至清镇公路灯草塘隧道二次衬砌开裂处治为例,详细分析了该隧道二次衬砌裂缝产生的原因,同时提出了合理处治措施,可为类似隧道二次衬砌开裂处治提供参考。     

沥青路面低温收缩横向裂缝观测

通过对严寒地区沥青路面低温开裂的跟踪调查 ,分析不同路基填料、路面结构低温裂缝的分布、发展与温度变化的相关关系 ,探讨沥青路面低温开裂机理与防治措施     

沥青路面低温收缩横向裂缝观测

通过对严寒地区沥青路面低温开裂的跟踪调查 ,分析不同路基填料、路面结构低温裂缝的分布、发展与温度变化的相关关系 ,探讨沥青路面低温开裂机理与防治措施     

不同植筋方案纵连板轨道砂浆层抗剪性能分析

为研究不同温度条件下的合理植筋方案,采用基于表面的内聚力模型模拟轨道板与砂浆层界面剪切破坏过程中层间黏结-脱黏-接触的复杂相互作用关系,考虑剪力筋的非线性约束特性,建立了纵连板式轨道三维有限元模型,并结合既有的推板试验结果对模型合理性进行验证,细致分析不同植筋方案下轨道板与砂浆层间的抗剪性能.研究结果表明:植筋可以明显提高轨道层间抗剪性能;层间开裂时对应的轨道温升幅度可由无植筋时的10.5℃提高到30℃;温升幅度小于20℃时,采用16+8+8植筋方案,温升幅度在20~30℃之间,采用16+16+16+10+8植筋方案,超过30℃时,需辅助其他限位措施.      

全无缝桥梁用掺橡胶粉LEM-SHCC路桥连接板拉伸性能及其应用

为了解决全无缝桥梁路桥连接板裂缝宽度与板内力过大等问题,将橡胶粉等体积部分替代细砂掺入应变硬化水泥基复合(SHCC)材料可制备低弹性模量的SHCC材料(LEM-SHCC),用于全无缝桥梁路桥连接板;进行了5种不同体积橡胶粉掺量(0、5%、10%、15%和20%)LEM-SHCC基本材性(密度、抗压强度和弹性模量)及拉伸性能试验,分析了橡胶粉掺量对LEM-SHCC的强度和变形性能的影响,并采用拉、压应变比差评价了橡胶粉掺量对SHCC材料的影响,获得了LEM-SHCC的最优配合比;针对橡胶粉掺量为15%的LEM-SHCC路桥连接板,研究了最不利荷载作用下(温降荷载)其吸纳变形能力、拉伸变形性能及开裂后裂缝分布规律,并与同尺寸SHCC路桥连接板的各项性能进行了比对;进行了LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(橡胶粉掺量、板底摩擦因数和板长等主要影响因素)有限元对比分析。研究结果表明:橡胶粉的掺入降低了SHCC的弹性模量,提升了SHCC的延性,当橡胶粉掺量达15%时,SHCC的弹性模量降低了40%,而延性却提升了近50%,且裂缝宽度有效地控制在60 μm以内;LEM-SHCC路桥连接板吸纳纵向变形达到10 mm时,LEM-SHCC路桥连接板表面微裂缝多(近180条),裂缝间距小(15~80 mm),且开裂后裂缝宽度控制在60 μm以内,此时张拉端板应力为2.1 MPa,锚固端锚固力为150.5 kN,卸载后裂缝闭合,无纤维被拉出或拉断;吸纳同样的纵向变形10 mm时,LEM-SHCC板的内力比同尺寸的SHCC板小;LEM-SHCC板的内力受橡胶粉掺量的影响较大,当其掺量为15%时,LEM-SHCC板性能最优,LEM-SHCC板的内力受板底摩擦因数的影响不大,板长的增加能有效地改善LEM-SHCC板的受力性能,推荐LEM-SHCC路桥连接板的设计长度为8.5 m。      

CRTSⅢ型板式无砟轨道横向弯曲疲劳试验

为了研究列车疲劳荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构横向受力性能,采用实际工程施工现场的材料及施工工艺,利用足尺模型,切割制作6个单承轨台或双承轨台的板式无砟轨道试件,进行橡胶板模拟路基上板式无砟轨道结构的横向弯曲疲劳试验,得出列车疲劳荷载引起的横向弯矩作用下板式轨道试件的应力、变形分布规律及疲劳损伤的发展形态.试验结果表明,在15.0~255.0 kN和42.5~425.0 kN疲劳荷载作用下,模拟路基上单承轨台和双承轨台的试件板中位置轨道板上表面先出现纵向裂缝,随后轨道板横向预应力筋锚固端出现由锚头向轨道板上表面的劈裂裂缝,累计疲劳500万次后,三点弯曲模式下轨道板-充填层复合板试件的自密实混凝土开裂荷载和层间滑移荷载分别减小20%~30%和25%以上,疲劳损伤、层间离缝对轨道板与充填层的协同工作性能有不利影响.      

路基上CRTSⅡ型板式轨道裂纹影响分析

为分析路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板开裂对车辆和无砟轨道结构的影响,根据弹性地基梁理论、有限元方法和轮轨系统耦合动力学理论,建立了弹性地基梁体的有限元模型和车辆-轨道-路基垂向耦合振动模型.采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了轨道板开裂对轨道结构的静、动力学性能和行车性能的影响.分析结果表明:轨道板开裂对轨道结构受力的影响较小,不影响行车的平稳性和安全性;随列车速度增大和轨道板开裂,均会增大轮轨作用力和轨道结构的动力响应;在裂缝地段,应采取减振、隔振、控制轨道几何不平顺等措施降低轨道结构的动力响应;轨道板开裂将影响无砟轨道的耐久性和使用寿命,应及时修补.      

反射隔热涂料对轨道板温度及应力的影响

为了降低无砟轨道板板温及板内应力，缓解夏季高温期无砟轨道胀板导致的各类病害，使用钛白粉、玻璃微珠等组份配置了一种无砟轨道用反射隔热涂料；探究了各组份使用量的合理性，并在红外光及自然光下测试了其降温性能；分析了轨道板板表及内部温度差对轨道板内部应力的影响. 研究结果表明:该种涂料可在夏季高温期降低轨道板板表温度最高达16 ℃，可使轨道板板表与180 mm深处温度差由24 ℃下降至12 ℃，降幅约50%，并可有效降低轨道板应力0.4 MPa；该种涂料可有效降低因温度应力产生的各种轨道病害风险.      

新型装配式倒T形空心板桥受力性能

为解决现有装配式空心板桥的铰缝病害, 提出了一种新型装配式倒T形空心板桥; 进行了跨径8 m的倒T形空心板桥足尺模型试验和非线性有限元分析, 研究了车辆荷载作用下倒T形空心板桥各组成构件的应力、挠度和裂缝分布等, 得到了倒T形空心板桥的受力机理与破坏模式; 对比了倒T形空心板桥与带门式钢筋空心板桥的受力性能, 验证了倒T形空心板解决铰缝开裂问题的有效性。研究结果表明: 倒T形空心板桥的破坏过程分为弹性阶段、空心板开裂阶段、现浇结构层混凝土开裂阶段和受拉钢筋与钢板屈服阶段, 其整体受力性能良好, 极限荷载是带门式钢筋空心板桥的1.4倍; Ω形钢板上方受拉区混凝土首先达到拉应力限值3.17 MPa, 是受力薄弱部位; 由于Ω形和L形钢板的设置, 现浇结构层混凝土开裂时, 与结构层等高度的各结合面处的法向和切向黏结应力均不会超过限值2.30和0.29 MPa, 避免了结合面的黏结失效; 与带门式钢筋的空心板桥相比, 倒T形空心板构造不会减小空心板的开裂荷载, 且新旧混凝土结合面开裂在空心板开裂之后, 可从根本上解决传统空心板桥在车辆荷载作用下铰缝先于空心板开裂的问题。      

水泥混凝土路面断裂破坏研究

水泥混凝土路面板的断裂行为是由宏-细-微观诸层次下多种破坏机制相耦合而发生,将水泥混凝土试验路分块编号,对路面板的断裂破损状况进行了详细的调查,测量了裂缝的尺寸及其断裂位置,绘制了路面板的断裂平面图,统计分析了断裂位置与行车方向接缝的距离,通过分析找到了路面板在随机的车辆荷载和环境荷载作用下断裂位置的分布规律,研究了其断裂物理成因,为新建水泥混凝土路面的设计和破损水泥混凝土路面的预防性养护提供了理论基础。