基于有限元分析的隧道水泥混凝土路面板

为获得隧道水泥路面板块划分的合理板长,利用有限元软件ANSYS建立了路面结构力学模型,计算并分析了不同板长的水泥路面在不同面层板厚、轴栽、基层厚度、基层模量和基岩模量条件下的面层底部受力状况及变形情况、结果表明：随板长增加,面层板底最大弯拉应力和纵向位移以及温度应力都有所增加,但增幅不大,长隧道内水泥混凝土板长可增至10m,为隧道水泥路面设计提供了重要的参数及科学依据。     

水泥混凝土路面临界荷位研究

基于Winkler弹性地基模型假设,结合多轴化、重载化的交通运载趋势,考虑不同温度梯度对水泥混凝土路面受力情况的影响,对各种车型位于不同荷载作用位置时的水泥混凝土路面受力状态进行有限元分析,确定不同荷载应力与温度应力耦合作用下水泥混凝土路面的临界荷位,为采用不同设计标准的各种设计方法提出选取临界荷位的合理建议。结果表明,若以板中荷载疲劳应力破坏为设计标准,当水泥混凝土路面处于正温度梯度或零温度梯度时,其临界荷位为车辆载重轴作用于纵缝边缘中部位置;当水泥混凝土路面处于负温度梯度时,临界荷位为车辆相邻两轴作用于同一块路面板的前后两端位置;若以板角挠度破坏为设计标准,无论水泥混凝土路面处于何种温度梯度,临界荷位均为载重轴作用于靠近角隅的板边横缝边缘。     

脱空耦合下水泥混凝土路面疲劳寿命影响因素分析

基于ANSYS建立板底脱空的水泥混凝土路面力学模型,计算其在不同因素影响下的最大弯拉应力,分析其应力变化规律。然后,再利用公式计算板底脱空水泥混凝土路面不同因素下的疲劳寿命,分析其变化趋势,为水泥混凝土路面板设计及后期维护提出依据。最后,再结合疲劳寿命计算结果,利用层次分析法确定板底脱空状态下影响其疲劳寿命的各个主影响因素所占权重。结果表明:脱空半径对其影响最大,权重占0.483,且脱空半径达到400mm时,随着其他各因素的不利发展,疲劳寿命趋于稳定;温度梯度影响下,各脱空半径影响下的弯拉应力变化规律整体一致;面层模量对疲劳寿命影响相对较小,仅占0.114;面层厚度为300mm时,水泥混凝土路面性价比较高。     

水泥混凝土路面板耦合应力分析

为了准确预估水泥混凝土路面板的疲劳损伤,建立弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,假设面层板与基层受压接触、受拉分离,在荷载与温度梯度共同作用下,采用耦合法分析水泥混凝土路面板纵边中部和板角隅处结构应力变化规律;与采用叠加法计算结果进行比较,结果表明,对于纵边中部荷位,正温度梯度下,水泥混凝土路面板应力耦合法结果大于叠加法结果;对于角隅荷位,负温度梯度下,耦合法结果大于叠加法结果。     

混凝土路面行车荷载疲劳应力影响因素的研究

我国目前路面设计采用的力学经验法,在设计基准期内满足承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。本文通过对现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D20-2011)的理解,结合工程经验,研究设计轴载、板底地基当量回弹模量、基层类型及厚度、面层混凝土弯拉强度等设计参数对路面结构的影响,结果表明：合理设计轴载对荷载应力影响较大;设置粒料层可有效提高地基回弹模量;半刚性基层不宜过厚,刚性基层需与面层协同设计,使二者受力最佳;提高面层材料弯拉强度,能承担较高荷载应力。本研究结论为路面设计提供合理建议,供设计参考。     

基于拓宽罩面刚性基层的路基差异沉降标准研究

针对水泥混凝土路面拓宽罩面结构的受力特征,通过现行设计规范对复合式路面疲劳应力进行了验算,采用有限元对碾压混凝土刚性基层因路基差异沉降引起的板顶横向和竖向应力分布进行了计算。结果表明,随着路基差异沉降量的增加板顶最大横向拉应力亦增大,为满足碾压混凝土3.5MPa设计弯拉强度的要求,新旧路基差异沉降量应控制在50mm范围内。     

道路陡坡对水泥混凝土路面荷载应力的影响分析

以水泥混凝土路面结构为研究对象,采用三维有限元方法分析不同纵坡条件下路面结构在标准轴载作用下的应力变化。得出了板底弯拉应力、混凝土板最大主拉应力、层间剪应力与道路坡度之间的关系,探讨了水泥混凝土路面在纵坡地段的受力机理,为特殊地段路面结构设计提供参考。     

脱空状态下水泥混凝土路面最大弯拉应力及疲劳寿命的响应分析

通过采用有限元分析软件ANSYS建模,计算水泥混凝土路面在脱空状态下的最大弯拉应力,并考虑板块厚度、脱空深度、脱空范围等因素对水泥混凝土路面的最大弯拉应力的力学响应,结合计算结果分析脱空状态对水泥混凝土路面疲劳寿命影响。     

荷载、温度耦合作用下水泥混凝土路面板疲劳损伤分析

采用弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,假设面层板与基层受压接触、受拉分离,在荷载与温度梯度共同作用下,采用耦合法计算应力,分析了水泥混凝土路面板纵边中部的疲劳损伤情况,并与叠加法计算结果进行比较。结果表明,正温度梯度下,耦合法计算的损伤值大于叠加法的计算结果,且正温度梯度越大,或水泥路面结构强度越大,差异越明显;负温度梯度下,传统叠加法分析的疲劳损伤值有所高估,但高估的损伤值可忽略不计。     

水泥混凝土路面基层应力验算必要性探讨

针对现行《公路水泥混凝土路面设计规范》,通过双层板应力分析,研究在合理的基层厚度与面板厚度范围内,进行基层应力验算的必要性。利用等刚度原理和几何推导的方法,分析了基层板温度应力,并验证了基层应力验算的必要性。结果表明,在合理范围内的累计荷载作用下,规范建议的基层与面板厚度范围内,由于面板的模量远大于基层的模量,在进行刚性、半刚性基层水泥混凝土路面厚度设计时,仅需验算面层板的应力,而无需验算任何材料基层的应力。     

层间脱空时水泥混凝土路面的荷载应力特征

针对水泥混凝土路面层间脱空问题,采用有限元方法,建立了弹性半空间地基上考虑脱空的三维路面结构模型,计算了板角、接缝和板中3种脱空位置处脱空面积对面层荷载应力的影响。结果表明:对于板角脱空,脱空长度与宽度接近时,面层荷载应力最大;对于接缝中部脱空,平行于接缝方向的脱空越多,面层应力分布越不利;对于板中脱空,面层应力对脱空形状的敏感性较低。无论脱空位置如何,面层底部最大弯拉应力均随脱空面积、荷载大小的增加而增大,但与板角脱空和接缝脱空相比,板中脱空对面层应力的影响较小。     

沥青混凝土加铺面层反射裂缝的防治技术

水泥混凝土路面沥青混凝土面层的反射裂缝主要由水泥路面接缝处的应力集中和沥青加罩层底部的弯拉应力所引起。因此需对沥青混凝土面层反射裂缝进行综合防治。在分析旧水泥混凝土路面板的病害调查与处理的基础上，从加强层设计、材料选择、厚度控制及施工质量控制等方面提出相应的防治措施。     

基于正交理论的硬质沥青混凝土路面力学指标分析

为进一步了解硬质沥青混凝土路面的力学响应,采用正交分析方法分析中面层模量、中面层泊松比、下面层模量和面层厚度组合变化对沥青混凝土路面路表弯沉值和最大层底弯拉应力的影响.分析结果表明,面层厚度组合和中面层模量对路表弯沉值和最大层底弯拉应力的影响很大,增加沥青混凝土层厚度、提高中面层模量能够减小层底拉应力和路表弯沉值.硬质沥青混合料具有较高的模量,能提高沥青混凝土路面的整体力学性能.     

旧路面碎石化加铺方式对水泥加铺层的影响研究

针对湖南省某干线公路旧路改建实例,通过Abaqus有限元软件分析在旧路基层强度不同时,旧水泥路面碎石化后铺筑的水泥混凝土面层在行车荷载作用下面层产生的应力变化。若旧路基层为级配碎石、石灰粉煤灰土,旧路面碎石化后加铺混凝土面层在行车荷载作用下面层拉应力相比旧路面凿除时拉应力减小,而旧路基层为水泥稳定砂砾时,旧路面碎石化后加铺混凝土面层在行车荷载作用下面层应力相比旧路面凿除时拉应力增加;在混凝土加铺层下方增设18cm5%水泥稳定砂砾基层,并将原旧路碎石化层或旧路基层作底基层使用时,荷载作用下混凝土加铺层的拉应力可大幅减小。     

面层水泥混凝土弯拉强度与劈裂强度经验关系式的确定

在高速公路建设中,弯拉强度与劈裂强度是判断水泥混凝土路面强度的两个重要指标。该文重点通过对湖南省几条高速公路的水泥混凝土路面弯拉强度与劈裂强度两个指标进行对比试验,对两者的受力状态进行了应力分析;利用数理统计的方法建立两者的经验公式,另结合笔者查阅的资料,深入探讨了目前面层水泥混凝土弯拉强度与劈裂强度两者关系式确定过程中的一些问题和观点。     

水泥混凝土拓宽罩面工程碾压混凝土刚性基层应用研究

针对水泥混凝土路面拓宽罩面结构的受力特征,通过现行设计规范中复合式路面疲劳应力验算、采用有限元对碾压混凝土刚性基层拼接面板板边(纵向板中)位置的拉应力、拉杆受力计算和接缝剪应力的验算.结果表明,尽管随着汽车荷载作用位置不同,沥青罩面层底、混凝土板顶和拉杆的受力有所差异,但均可满足沥青罩面抗剪强度的计算要求.     

水稳层对冲击压实白加黑路面力学性能的影响

针对冲击压实技术处理后的白加黑路面,采用三维有限元方法,研究水泥稳定基层对新铺沥青混凝土路面力学行为的影响。计算结果表明:铺设水泥稳定基层能够明显改善沥青混凝土层底的应力分布状况,并显著减小层底的弯拉应力和等效应力,对沥青混凝土面层起到较好的保护作用。在此基础上,进一步对水泥稳定层厚度进行了讨论,结果表明:随着水泥稳定基层厚度的增加,路表弯沉趋于均匀,最大弯沉值和沥青混凝土面层的层底拉应力也相应减小,从而降低沥青混凝土层底破坏的可能性;同时,随水泥稳定层厚度的增加,沥青混凝土面层内的最大剪应力也呈减小趋势,但当水泥稳定层达到一定厚度后,则对剪应力的降低效果不明显。     

移动荷载作用下公路隧道水泥路面结构力学分析

建立了公路隧道水泥混凝土路面结构的三维有限元分析模型,运用桥梁工程中影响线求法中移动布载方式模拟车辆荷载在路面上真实的运动情况。讨论了不同荷载速度、不同基层模量和基岩模量对轴载移动到板中时板顶最大竖向位移和板底最大拉应力的影响。通过比较动态荷载与静止荷载作用下板底拉应力值和板顶竖向位移值得出,对于公路隧道基岩强度比较大的情况,板底应力动载系数近似为0.5,路表弯沉动载系数近似为1.0。     

轻型交通小尺寸水泥混凝土路面基层冲刷分析

使用小板块水泥混凝土路面可以降低水泥混凝土路面的荷载和温度应力水平。在应用薄层水泥混凝土路面的时候,为了降低水泥混凝土路面中的应力水平,一般水泥混凝土路面板块尺寸要小于常规水泥路面。本文使用ISLAB2000有限元软件计算了标准轴载作用于板角位置时,轻型交通水泥路面在不同板块尺寸划分时的板角最大弯沉和用于分析基层冲刷损伤的变形能,对轻型交通水泥混凝土路面使用小板块提出了建议。     

水泥混凝土路面拓宽结构设计的力学分析

针对水泥混凝土路面拓宽结构的受力特征,通过现行设计规范中复合式路面疲劳应力验算、采用有限元对等厚度及变厚度拼接面板板边(纵向板中)位置的拉应力、拉杆受力计算和接缝剪应力的验算。结果表明:采用等厚度拼接方案板边纵向拉应力小于变厚度结构,拉杆受拉应力及接缝位置剪应力则大于变厚度拼接方案,但仍可满足沥青罩面抗剪强度的设计要求。