传力杆材料属性对水泥混凝土路面传荷的影响研究

针对现有水泥混凝土路面常见的破坏形式,通过设置传力杆的水泥混凝土路面结构模型,研究传力杆弹性模量、传力杆横截面半径、传力杆长度对受荷板侧竖向位移、未受荷板侧竖向位移、传荷挠度系数的影响,得出以下结论:随着传力杆横截面半径、弹模、长度增加,受荷板竖向位移逐渐增大,影响最大的是传力杆半径,弹模和长度对其影响极小;未受荷板侧,竖向位移逐渐增加,但随着长度增加,未受荷板竖向位移逐渐减小;从传荷挠度系数上看,随着横截面半径、弹模的增加,传荷挠度系数逐渐增加,表明传荷能力逐渐增强,随着长度的增加,传荷挠度系数逐渐降低;随着长度增加,未受荷板位移及传荷系数皆降低,通过分析造成这样的原因会引起其他形式的破坏。     

水泥路面接缝传力杆周围混凝土损伤塑性分析

为揭示水泥路面接缝传力杆周围混凝土的受力特性与损伤机理,基于ABAQUS有限元软件,介绍了混凝土损伤塑性(CDP)模型及其参数确定方法,应用CDP模型模拟了混凝土试件单轴拉伸和压缩试验,通过对比模型试验结果验证了CDP模型参数的准确性;在此基础上,建立了接缝设置传力杆的水泥路面三维有限元模型,分析了在不同轴载作用下水泥路面接缝传力杆周围混凝土的塑性应变、损伤因子和等效应力的分布和发展规律,对比了采用CDP模型与混凝土弹性模型时传力杆周围混凝土的应力差异。分析结果表明:对于混凝土单轴拉伸、压缩试件,基于CDP模型的应力-变形全曲线模拟结果均与试验结果一致,说明CDP模型及其参数确定方法准确;对于接缝设传力杆的水泥路面,当荷载作用在接缝传力杆黏结端上方板边时,传力杆黏结端混凝土的受力最为不利;随着轴载的增大,传力杆黏结端底部混凝土率先发生损伤塑性,等效应力逐渐减小;当轴载从100 kN增大至250 kN时,传力杆周围混凝土塑性区范围从底部135°~225°扩展至60°~300°,底部150°~210°范围内混凝土发生完全损伤塑性而退出工作,等效应力趋于0,应力重分布导致更多的荷载由传力杆两侧和上部混凝土承担;若传力杆周围混凝土采用弹性模型,传力杆底部混凝土等效应力将不断增大而超过极限强度,因此,分析传力杆周围混凝土应力集中问题建议采用CDP模型。      

连续配筋水泥混凝土路面裂缝传荷系数三维有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用梁单元模拟纵向钢筋,根据Timoshenko梁理论,确定支撑反力的作用长度。采用三向弹簧单元模拟钢筋和混凝土界面联结,竖向(z方向)弹簧单元模拟混凝土对钢筋的支撑;刚度分配按照"贡献面积"的原则,通过在相邻混凝土面层板侧面对应结点设置三向弹簧单元,模拟集料嵌锁的传荷作用;建立并验证考虑裂缝传荷系数的CRCP三维有限元模型。利用该模型分析标准轮载作用下路面结构参数对混凝土面层板在裂缝附近的力学响应和裂缝传荷系数的影响。结果表明,增大混凝土板厚度,板边应力和裂缝传荷系数均明显减小;增大基层厚度和土基强度,板边应力和裂缝传荷系数略有减小;增大裂缝刚度,可提高裂缝的传荷系数,减小裂缝处混凝土面层板的受力。     

重载作用对混凝土路面板的弯沉及应力分析

运用ANSYS有限元软件建立路面结构三维实体模型,用正弦荷载模拟车辆随机荷载运动,分别就路面结构竖向位移及应力变化进行重载作用模拟分析;并分析超载率与脱空尺寸的影响。研究表明:动荷载作用下面板产生的弯沉值及板底最大拉应力值随着水泥混凝土路面板板底脱空区的面积增大而增大;超载率越大且脱空面积越大,板的竖向位移和拉应力增幅越大。     

水泥混凝土路面板角脱空状态下最不利荷位转移规律

通过计算板角不同脱空尺寸时纵边中部与板角荷载作用下受荷点的荷载应力,分析脱空混凝土板的最不利荷位转移规律,进行水泥混凝土路面板底脱空对面板疲劳使用寿命的影响研究。研究结果表明:路面板角脱空后,随着脱空区域的增大,最大应力位置由板纵边中部逐渐向板角区域转移,当脱空尺寸Lv>0.7 m,板角脱空区与未脱空区边界(即三角形脱空区域的斜边)成为面板受力的最不利荷位,并建议脱空尺寸超过0.4 m的路面板及时进行加固处治,以防止板块断裂。     

传力杆直径对水泥混凝土路面传荷性能影响的数值分析

采用水泥混凝土路面分析程序KENSLABS分析传力杆直径对水泥混凝土路面传荷性能的影响。研究结果表明:传力杆直径越大,水泥混凝土路面的传荷效率越大,产生错台的可能性越小,对于特重或重交通路面建议采用38 mm传力杆直径。     

基于粗糙集的传力杆接缝水泥道面力学响应影响因素分析

为明晰多因素对传力杆接缝形式的水泥道面结构响应的影响以及优化传力杆系统的设置,将传力杆尺寸、布设间距、空间偏移量、混凝土对传力杆的支撑、约束模量等因子的水平以及通过有限元方法计算出的道面板板底应力、接缝应力传荷系数(LTEσ)、传力杆内力等结果的水平离散化,利用粗糙集算法,对影响道面结构响应的诸多因子水平进行约简,计算条件属性对决策属性的重要度以及决策属性对于条件属性值的隶属度。结果表明:传力杆水平偏角对道面板板底最大拉应力影响最为显著,应力水平随偏角增大而提高;应力传荷系数对传力杆竖向偏移最为敏感,且越接近板底,接缝的传荷能力越大;传力杆间距对所有力学响应均有较大影响,过大的间距会导致道面性能不良。     

刚性路面传力杆接缝传荷能力评价新方法

在考虑传力杆松动量的基础上,建立了重复荷载作用下刚性路面传力杆接缝模型,提出了以第一传荷状态临界荷载为特征的传荷能力评价指标和方法,研究了荷载大小、荷载作用位置及传力杆松动量对传力杆接缝传荷能力的影响,分析了重复荷载作用下弯沉传荷系数指标的适用性,并与考虑传力杆松动量的接缝传荷能力指标进行了对比研究。发现重复荷载作用下,接缝两侧的荷载-弯沉关系曲线具有分段线性的特征,存在多级传荷状态临界荷载,实测与计算第一传荷状态临界荷载误差仅为4.2%;重复荷载作用4×104次后,弯沉传荷系数变化范围为57.3%~71.5%,而考虑传力杆松动量的传荷能力为0~51.9%。结果表明考虑松动量影响的传力杆接缝力学模型是可靠的,以第一传荷状态临界荷载为特征的传荷能力评价指标和方法,能够反映刚性路面传力杆接缝的实际传荷状况,是评价其传荷能力的有效方法。     

镐头机拆除刚性道面动力损伤分析

为合理确定刚性道面的拆除工艺参数,采用ABAQUS软件,建立了刚性道面的实体有限元模型,对镐头机钎杆半正弦波冲击荷载作用初期刚性道面的动态响应进行了模拟,系统分析了镐头机荷载参数和道面结构参数对刚性道面竖向位移和板底拉应力响应的影响规律.模拟结果表明:镐头机冲击荷载的大小及其作用位置对刚性道面动态响应有显著影响;板底最大拉应力受面层厚度影响较大,而道面竖向位移对面层厚度变化不敏感.在算例条件下,当接缝传荷能力小于80%时,结构动态响应才发生显著变化;为减小对保留板的动力损伤,拆除板板边30 cm范围内不宜使用镐头机拆除.      

动载作用下沥青路面三维有限元分析

针对交通动荷载引起半刚性路面结构的破坏问题,采用竖向静载及矩形波动荷载加载,利用三维有限元数值法对动载作用下路面各结构层竖向位移和竖向应力分布规律与静力学响应进行了对比分析.结果表明,在动荷载条件下,半刚性结构的竖向位移及竖向压应力较静载相比呈现不同程度的下降;随着车速的增加,路面的最大弯沉及竖向应力都将减少.     

半刚性基层沥青路面动力响应分析

针对交通动荷载引起半刚性路面结构的破坏问题,采用竖向静载及半正弦波动荷载加载,利用有限元数值法对动载作用下路面各结构层竖向位移和竖向应力分布规律与静力学响应进行了对比分析。结果表明,在动荷载条件下,半刚性结构的竖向位移及竖向压应力较静载相比呈现不同程度的下降;随着车速的增加,路面的最大弯沉及竖向应力都将减少。     

玄武岩纤维混凝土路面板结构参数敏感性分析

玄武岩纤维混凝土路面板在其受力上受各种参数的影响,运用有限元计算法研究其路面板结构参数敏感性分析,得出:提高土基强度或者提高底基层下路面结构的强度对降低水泥混凝土的应力和竖向变形是十分有利的;降低水泥混凝土面层模量的同时保持水泥混凝土的强度,对水泥路面板的受力是十分有利的。     

冲击碾压动荷载下水泥混凝土路面结构的力学行为

为了揭示冲击碾压动荷载下水泥混凝土路面结构的力学行为,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,拟定纵横板边、板中及板角4种典型荷载位置,在四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时,分析了路面各层结构的受力和变形特征。研究发现,各工况下混凝土板底部承受纵、横向弯拉应力是旧面板破裂的主要原因,基层与旧面板一起处于双向弯拉状态,土基三向受压,不同工况存在不同的有效影响深度。冲击碾压板角时,路面板竖向位移最大,影响深度最深;而冲击板中位置时,板竖向位移最小,分布最均匀,此时板体以纵向弯拉为主,易形成横向裂缝;当冲击纵向板边时,板体以横向弯拉为主,易形成纵向裂缝。可见,路面破碎效果是地基刚度、冲击能量与冲击位置的综合函数,建议基于具体路况选择相应的施工方案。     

水泥混凝土路面在车载和温度应力共同作用下有限元分析

车辆荷载与温度翘曲应力共同作用下,容易导致水泥混凝土路面产生疲劳破坏。本文利用大型有限元软件ANSYS对不同参数变化的混凝土路面进行有限元模拟计算,分析取不同板厚的条件下,车辆荷载与温度应力对水泥混凝土路面的影响,得出混凝土板在正温度梯度和车载共同作用时,在相同地基模量情况下,产生的板内纵向拉应力会随着混凝土板的长度与厚度的增大而增大。     

基于铺装受力的钢箱梁斜拉桥纵隔板位置优化

为改善钢桥面铺装受力状况,针对国内某斜拉桥钢箱梁纵隔板位置,建立了全断面钢箱梁节段和铺装的力学计算新模型,分析了两种纵隔板设置方案在荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。结果表明,由于纵隔板的竖向刚度很大,在荷载作用下,纵隔板上方的铺装产生较大的横向拉应力,具有明显局部效应;荷载处于桥面板与U型加劲肋焊接点的正上方时,横向拉应力在距横隔板0～0.2m范围内快速增加,在0.2m处出现峰值;采用纵隔板设置方案二进行钢箱梁结构设计,优化了铺装的受力状况,横向荷位3为铺装最不利荷位。     

水泥混凝土路面荷载应力的数值模拟分析

采用有限元分析软件ANSYS对水泥混凝土路面荷载受力进行数值模拟分析,根据不同的情况如荷载作用在面层板上的不同位置、不同的边界条件、材料的不同力学性质等模拟出了水泥混凝土路面在荷载作用下的挠度和应力。此种方法不仅精度可以满足工程上的要求,而且具有速度快、效率高的特点。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

移动荷载下设CA砂浆功能层的水泥混凝土路面结构受力分析

为了改善水泥混凝土路面面层和基层间的不良接触状况,提出了在面层和基层间设置水泥乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)功能层的措施,借助CA砂浆功能层的材料特性,改善面层和基层的不良受力状况,延缓水泥混凝土路面结构的早期破坏。为了更好地分析路面结构的实际受力状态,有必要进行路面结构在移动荷载作用下的力学响应分析。将运动的车辆荷载等效简化为匀速移动的面荷载,建立路面结构三维有限元模型,分析设置CA砂浆功能层前后路面结构所受荷载应力的变化,探讨CA砂浆功能层的作用。     

装配式水泥混凝土路面圆企口应力应变响应

采用数值分析手段,对标准轴载作用下跨矢比的变化引起的圆企口装配式水泥混凝土路面企口缝处的应力应变响应情况进行了分析。研究表明:不同跨矢比对应不同构造板块的受力性能各不相同,较大跨矢比有利于凸板受力,较小跨矢比有利于凹板受力;不同跨矢比对应接缝挠度变形及传荷能力影响明显,跨矢比为2.5时,企口缝处于最不利受力状态,跨矢比为3.5时,企口缝传荷能力最好。选择合理跨矢比有利于防止企口缝早期破坏,延长路面使用寿命。     

水泥混凝土路面常见病害——断板的防治和处理措施

前言目前随着设计的不断完善和施工机械化水平的不断提高,水泥混凝土路面的施工质量比以前有了很大的进步,在高等级公路水泥混凝土路面施工中,由于采取了拌和站集中拌料,罐车运输,大型摊铺机进行摊铺,传力杆和拉杆的自动设置,使以往水泥混凝土路面施工中常出现的质