机场复合式道面力学响应敏感性分析

为了研究不同边界条件对飞机轮载作用下机场复合式道面力学响应的影响,基于三维有限元模型,考虑临界荷位到水泥混凝土板接缝的传荷能力,获取了不同起落架构型的3种飞机(B737-300,B767-300ER和B777-300ER)轮载作用下复合式道面各层的力学响应,并对不同层间结合系数、不同沥青加铺层厚度、不同水泥板厚度及有无制动力下复合式道面的力学响应做了对比分析。结果表明:多轴起落架荷载下的力学响应呈多应力峰值,力学响应随轮轴数增加显著增大且呈现出叠加效应;随着层间结合系数的减小,沥青加铺层表面应力峰值和沥青加铺层层底应力峰值均增大,水泥板底拉应力峰值减小,机型越大,力学响应对层间结合系数的敏感性就越强;随着沥青加铺层厚度的增加,沥青加铺层层底拉应力峰值逐渐增大,板底部拉应力峰值均匀减小;沥青加铺层层底应力峰值随着水泥板厚度的增加而减小;水泥板厚度在25～35 cm时,水泥板底应力峰值随厚度增加而减小,厚度在35～40 cm时,板底应力峰值随厚度增加反而增大;飞机制动过程中,沥青加铺层表面的纵向压应力增加显著,解释了跑道两端车辙比较严重的现象;沥青加铺层层底,在起落架前方表现为压应力,在起落架后方表现为拉应力,拉应力峰值沿着飞机运动方向呈阶梯形减小,除单轴双轮的B777-300外,其他机型作用下沥青加铺层层底拉应力增加显著,很好地解释了跑道两端滑移裂缝、疲劳裂缝严重的现象。     

沥青隔离层对水泥混凝土道面荷载响应的影响研究

为研究沥青隔离层对荷载作用下的水泥混凝土道面力学响应产生的影响,依托现场实体工程,通过在道面中埋设光纤光栅应变传感器并进行车辆加载试验,实测不同车速、不同荷载作用位置下的道面板底拉应变,分析设置沥青隔离层对水泥道面板受力的影响。结果表明,在水泥混凝土道面中设置沥青隔离层会增大荷载作用下板底拉应变;荷载移动速度越大,设置沥青隔离层对板底拉应变的影响程度也越大;设置沥青隔离层可以起到应力缓冲作用。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构可靠性分析

为弥补沥青加铺层结构设计依靠工程经验和定性设计的不足,根据可靠度理论和效应-抗力概率模型提出了以路表弯沉、沥青层底拉应力和层底竖向剪应力为控制指标的旧水泥混凝土路面沥青加铺层可靠度分析方法,并运用一次二阶矩中心点法、蒙特卡洛有限元模拟计算结构抗力和荷载效应,定量得到了在两种破坏模式下5种加铺层结构的可靠度范围.结果表明采用两层及以上沥青加铺层和层间处理方案,路面使用寿命较长,可靠度较高;可靠度分析方法比经验法确定沥青加铺层结构更加科学合理.研究结果为沥青加铺层结构设计方法和方案选择提供理论基础.     

动载作用下旧沥青路面加铺混凝土路面结构力学响应分析

为了研究旧沥青路面加铺混凝土路面结构在动态荷载作用下的力学响应,利用有限元软件ANSYS建立了加铺后的路面结构有限元模型,并对模型采用了full法进行求解,通过对模型施加半正弦动态荷载,研究了旧路、加铺层的设计参数和荷载运行速度对加铺后路面结构的瞬态动力学响应,并对混凝土加铺层拉应力进行了时间历程分析。结果表明,荷载驶过混凝土加铺层瞬间会对混凝土板块形成明显的冲击作用,速度越快造成的冲击效果越不明显,旧路沥青层动弹性模量对混凝土加铺层最大拉应力影响较低,综合地基的回弹模量和沥青层厚度对最大拉应力影响较高,加铺层厚度的变化大于加铺层动弹性模量变化对拉应力的影响。     

机场水泥混凝土双层道面层间接触对加铺层性能的影响

运用有限元分析软件ANSYS对机场水泥混凝土双层道面在不同层间接触情况下加铺层的受力及变形规律进行了分析,并根据加铺层板底弯沉盆形状系数计算出层间结合系数。研究结果表明:结合系数能很好地反映双层道面之间的层间结合程度,当层间结合程度不良时会导致加铺层弯沉值及板底应力变大,且距飞机轮载越近,其影响程度越大。因此,在进行机场道面加铺层设计、施工时必须考虑层间接触对加铺层性能的影响。     

功能层水泥混凝土路面在多轴车辆作用下的拉应力特征

为分析多轴车辆荷载作用下功能层水泥混凝土路面的力学响应,建立了Winkler地基上的双层板模型,选取基-面层层间分离阶段的层间参数,比较了单轴双轮组、双轴双轮组车辆荷载以及温度荷载作用下沥青混凝土功能层设置与否对水稳基层水泥混凝土路面面层、基层层底拉应力的影响。结果表明:功能层的增设可有效降低面层层底拉应力,并对缓解基层层底拉应力有一定效果;功能层增设后,面层板中、板边的层底拉应力下降,板角处上升,但整板的最大层底拉应力明显下降;多轴车辆作用下功能层可促使面层层底拉应力分布趋于均匀,双轴双轮组下的层底最大拉应力反而低于单轴双轮组。     

基于有限元的民用跑道沥青加铺层结构性能研究

通过构建机场跑道沥青加铺层有限元模型结构,选取了加铺层结构形式、加铺层数量以及不同受力形式为试验变量,分析了机场跑道加铺层在不同变量下的使用性能。研究结果表明:沥青混凝土的粘弹性特征易形成车辙和拥抱现象;路面加铺沥青层使得层间剪应力和表层应力增加,易出现损伤破坏;当面层受较大水平荷载时,由于层间粘结力较小,易出现疲劳裂缝,形成剪切性破坏。同时较小层间剪应力和板底弯拉应力易导致加铺层设计厚度偏小,使得复合道面更容易出现损坏。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力分析

目前旧水泥混凝土路面的改造工程中,采用沥青加铺层是比较常见的方案,并在其间设置应力吸收层来控制反射裂缝。利用BISAR30程序分析了应力吸收层厚度和模量变化,对旧水泥混凝土路面非接缝和非裂缝区沥青加铺层结构应力的影响。计算结果表明:随着应力吸收层厚度的增加,沥青加铺层的路表弯沉和层底拉应力也不断地增加,并使路面内部的拉应力和剪应力均有不同程度的增大,且随着应力吸收层模量的增大,沥青加铺层内部的路表弯沉和层底拉应力及路面内部应力和剪应力均有不同程度的减小。     

基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构分析

通过采用有限元软件计算分析不同防止反射裂缝措施条件下及加铺层厚度、应力吸收层厚度和应力吸收层模量变化对加铺层底荷载应力的改善情况.结果显示,应力吸收层的设置对层底荷载应力和沥青加铺层厚度设计均存在显著影响.同时,提出了应力吸收层厚度和模量的设置原则和要求,为旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构设计提供了理论依据.     

含半柔性水泥乳化沥青加铺层的路面结构承载力和疲劳寿命研究

在对比分析国内外旧水泥混凝土路面加铺补强结构形式的基础上,分析了半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层、旧水泥混凝土路面对不同路面结构承载力、疲劳寿命的影响。计算结果表明:在旧水泥混凝土路面破损不是很严重的情况下,两种路面结构的半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层均满足路面结构承载力和疲劳寿命指标要求,但考虑综合受力和建造成本因素,宜优先选用结构A,即加铺一层半柔性水泥乳化沥青混合料层和一层沥青混合料面层;当旧路面当量回弹模量相同时,增加沥青层厚度可有效减少各结构层层底拉应力,但在满足承载力和疲劳性能的前提下,并不是沥青层越厚越好。     

夹层层位对沥青混凝土路面加铺层的抗开裂性能影响

为探索夹层位置在加筋沥青混凝土加铺层中的抗开裂工作机理,首先分析沥青混凝土加铺层常见开裂形式及其产生机理,然后建立有限元模型,将夹层位置分为5种情况,同时考虑旧路有、无裂缝,研究了夹层位置对夹层上下沥青混凝土加铺层结构荷载内力及温度内力影响的规律.结果表明:在交通荷载作用下,随着格栅位置的上移,格栅之上加铺层的竖向剪应力存在一最小值,在此处对防治TDC开裂最佳,从抗反射裂缝及BUC开裂的角度来看,格栅夹层越靠近加铺层层底越有利;在温度荷载作用下,格栅设于加铺层层底,加铺层层底拉应力、拉应变及竖向剪应力最小,格栅设置与否并不影响格栅之上加铺层的拉应力、拉应变,从抗温度作用下的弯拉反射裂缝及BUC开裂的角度来看,建议将格栅设于加铺层层底.     

适应大型飞机的机场半柔性道面的力学数值分析

目前国内机场道面主要为水泥混凝土道面、较少的沥青混凝土道面,而半柔性道面在国内机场尚未得到应用。为了研究此类道面的实用性,研究了半柔性道面在具有复杂起落架的大型飞机多轮荷载下的力学响应规律。基于A380飞机,运用ANSYS,建立道面结构模型,在4轮、6轮、10轮、12轮、16轮和20轮荷载组合下进行结构的分析,获取应力、应变、弯沉的变化。经分析得出,多轮荷载组合下存在明显的叠加效应;6轮荷载组合是结构设计中的最不利组合;应多指标控制道面结构分析:以6轮荷载组合控制面层应变、基层应力、底基层应力,以10轮荷载组合控制土基顶面竖向应变,以16轮荷载组合控制弯沉。     

基于Abaqus的旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构的力学研究

依据弹性层状体系理论,采用Abaqus程序建立三维有限元模型,分析旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构的加铺层厚度、模量、地基模量变化,以及采取典型防治反射裂缝措施时接缝处沥青混凝土加铺层底最不利处的荷载应力状态。结果表明:在车辆荷载作用下,加铺层厚度的增加可以显著降低接缝处沥青加铺层底应力;随加铺层模量的增加,接缝处沥青层底应力逐渐增大;地基模量越小,在相同荷载作用下,加铺层内应力及弯沉越大;各种拟采用的防治反射裂缝措施中,7 cm级配沥青碎石辅以3 cm应力吸收层这种组合措施效果最佳。     

沥青加铺旧水泥混凝土路面的层间受力

为了研究旧水泥路面沥青加铺层层间力学特性,借助ABAQUS分析了沥青加铺层厚度、模量及裂缝对层间应力的影响。结果表明:在静荷载作用下,沥青加铺层层底竖直方向上的剪应力最大值都出现在荷载正下方;增大沥青加铺层的厚度能明显减小层底应力;沥青加铺层的弹性模量对层底应力的影响很小;沥青面层底部的最大主应力受裂缝的影响变化在1%~2%,而沥青面层底部竖直方向上的最大剪应力值受裂缝影响变化在53%~58%。     

基于有限元的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层荷载应力分析

以弹性层状体系理论为基础,采用ANSYS程序建立了经过可靠性验证的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层结构三维有限元模型,分析了车辆荷载、加铺层厚度、材料参数变化及各种典型防止反射裂缝措施对沥青混凝土加铺层底最不利处荷载应力的影响.分析结果表明:增加沥青混凝土加铺层厚度能有效降低加铺层结构层底最大主应力σ1、最大剪应力τmax和等效应力σe;对分析的实例加铺层结构,在铺筑级配沥青碎石过渡层的情况下,土工布夹层模量变化对缓解荷载应力的作用并不明显;在加铺层结构拟采用的各种典型防止反射裂缝措施中,以7 cm厚AM-20沥青碎石过渡层+2.5 cm厚应力吸收层组合措施效果最佳,其加铺层底的最大主应力σ1、最大剪应力τmax和等效应力σc下降幅度分别达78.6％、82.9％和84.4％.     

旧水泥混凝土路面加铺层中裂缝缓解层的有限元力学分析

旧水泥混凝土路面加铺改造后主要破坏来自于旧水泥混凝土路面的反射裂缝,如何防止反射裂缝的发生也是旧水泥混凝土路面加铺改造的难点.为此,研究采用大碎石沥青混合料作为裂缝缓解层,对比分析了大碎石沥青混合料、密级配AC-20混合料、级配碎石与水泥稳定碎石4种不同加铺层的结构应力,采用有限元分析方法分析了在最不利荷载作用下,温度应力、荷载与温度应力耦合作用下以及加铺材料中的孔洞对加铺层底应力的影响,发现大碎石沥青混合料裂缝缓解层对防止反射裂缝的发生具有良好的作用.     

应力吸收层厚度对沥青路面加铺层性能的影响

在原有混凝土路面上加铺沥青混合料面层,不仅充分利用原有混凝土路面的剩余强度,还能显著改善路用性能。为了改善层间粘结性能,提出了在沥青加铺层和水泥混凝土路面间铺设同步碎石应力吸收层。选择SBS改性沥青作为胶结料,建立沥青路面结构有限元模型,分析了应力吸收层厚度对加铺层路表弯沉、层底拉应力、顶面剪应力、裂缝两侧弯沉、最大剪应力的影响。研究表明:应力吸收层厚度和模量对加铺层力学性能有一定影响,应力吸收层最佳厚度为0.02m~0.025m,最佳模量为600MPa~800MPa。     

多次加铺的复合道面疲劳寿命分析

为解决多次加铺的复合道面加铺层使用寿命远低于设计值的问题,利用ABAQUS建立了多次加铺和一次加铺至相同厚度的复合道面三维有限元模型,分析了两种道面模型的力学响应,得出结论:新旧道面的层间状态对剪切力和拉应变的影响较大,将新旧加铺层简化为同等厚度的沥青道面的计算结果将偏小,将会导致设计偏于不安全。根据多次加铺的复合道面层间最大剪应力沿道路深度的分布点位和变化趋势可知:加铺沥青层后,原道面层间剪应力减小,但无论加铺几次,面层剪应力均最大;随着加铺次数的增加,沥青道面层间最大剪应力逐渐增大,并且在层间接触处出现突变,突变值随加铺次数的增大而增大。这说明加铺沥青层并没有改善道面表层的受力状态,相反,随着加铺次数增加,层间结合状态和复合荷载作用等的影响增大,反而会导致表层应力增大,最终加剧表层损伤。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力影响因素分析

为了分析旧水泥路面沥青加铺层的应力分布情况,采用三维有限元力学计算方法,分析加铺层模量、旧水泥混凝土板的有关参数以及基础条件对加铺层应力的影响。由计算可知,在一定程度内,加铺层模量的增大有助于减弱荷载造成的损害;适当增大接缝宽度,提高基层和土基的模量及有效处治板底脱空,可以减小沥青加铺层内的应力,延缓或防止反射裂缝发展。     

旧水泥路面加铺沥青层结构力学特性分析

采用沥青加铺层结构是修补旧水泥路面的有效方法,由于旧水泥路面裂缝的存在,沥青加铺层易产生反射裂缝.建立三维有限元模型,对水泥混凝土路面加铺沥青层结构的受力特性进行了分析,通过分别改变加铺层厚度,夹层模量及轴载,得出加铺层应力响应的变化规律,并对不同加铺层结构在温度荷载耦合作用下的应力进行了对比分析.其结论对实际工程中选...