水泥混凝土面板脱空的有限元模型分析研究

水泥混凝土路面在实际使用过程中,由于车辆荷载的重复作用,板下基础将产生塑性变形累积而导致面层脱空,地面水沿着接缝下渗而积聚在脱空的空隙内,在车轮荷载作用下变成压力水而形成唧泥,导致水泥混凝土面板局部脱空而产生附加应力,在行车荷载作用下,面层应力将会剧增,从而导致水泥混凝土面板的断裂.通过数值分析对路面板角脱空形成机理以及在行车荷载与脱空耦合导致面层板的断裂机理进行分析,同时讨论了路面厚度、路基土和基层模量变化对路面结构的应力状态的影响.     

荷载-温度-水共同作用下脱空水泥混凝土路面板力学响应分析

为了得到脱空水泥混凝土路面板在考虑荷载、温度梯度、水共同作用下的应力随脱空发展的规律,利用ABAQUS建立了三维有限元模型分析力学响应.脱空部位选取板边中部及板角,设置不同的温度梯度、不同轴载、不同板厚、不同弹性模量以及考虑脱空部位有水和无水情况,定义了 3场共同作用的弯拉应力值与不考虑动水作用的弯拉应力值之比S,分析...     

水泥混凝土路面板角脱空的有限元应力分析

文章探讨了板底脱空的形成机理,应用有限元方法,分析了在不同车辆荷载(单轴和双轴)作用下有限尺寸板在脱空状态下的荷载应力,研究发现水泥混凝土面层板板底脱空区沿板横缝近似对称分布,且为近似的三角形楔形体,距板角愈近脱空高度愈大。当板角脱空面积达到1/2×1.0×1.0m2左右,面板最大拉应力的作用位置由板底转到板顶,可以认为,1/2×1.0×1.0m2的脱空面积是给面板带来不利影响的临界值。     

基于改进的灰关联模型分析特定条件下水泥路面疲劳寿命影响因素

基于一种改进的灰色关联模型，建立了移动荷载作用下的水泥路面板底脱空模型，提出了板底脱空演化作用下水泥路面疲劳寿命的计算方法，分析了水泥路面疲劳寿命影响因素的影响程度。结果表明：面层板厚度的灰色关联度为0.65，动荷载的灰色关联度为0.63，说明动荷载和面层板厚度对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命的影响程度较高，而脱空半径、脱空深度、行驶速度和基层动弹性模量对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命的影响程度较小；面层动弹性模量的灰色关联度为0.05，说明面层动弹性模量对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命基本无影响。     

水泥混凝土路面板下脱空对使用寿命的影响分析

通过对多处水泥混凝土路面板下脱空形态的试验研究,获得脱空区的形态分布规律,并据此对不同车辆荷载作用下板体内应力变化进行解析求解和使用寿命计算。结果表明,水泥混凝土路面板下脱空、超载车辆和重载车辆是造成水泥混凝土路面板早期断裂的重要因素。     

地震波法检测水泥混凝土路面板脱空影响因素研究

为了研究地震波法检测水泥混凝土路面板脱空动力响应影响因素，基于水泥混凝土路面板角隅脱空试验，采用室内地震波法检测缩尺试件的试验方法，得出水泥混凝土路面角隅脱空路面板在含水和不含水不同振动参数状态下应变值的变化情况，分别对比不同角隅脱空面积的试验数据和不同锤击高度的试验数据，发现随着水泥混凝土路面板角隅脱空面积的增大，脱空区域的应变值也会随之增大；对于不同锤击高度的试验数据分析发现随着锤击高度的增大，对应脱空区域的应变值也会增大。另外，针对含水状态的分析，发现含水状态下脱空区域的应变值明显大于不含水状态下的应变值。     

水泥混凝土路面板底脱空对路面荷载应力的影响

中国水泥混凝土路面早期破坏比较严重,而脱空是造成这一现象的主要原因.当出现脱空后水泥板体产生的荷载应力会迅速变大,为了研究脱空对路面荷载应力的影响,利用光纤光栅技术在(湘)潭—邵(阳)高速公路水泥路面上进行试验,并使用有限元进行模拟分析.通过试验及分析得出:荷载与脱空尺寸对水泥混凝土路面脱空区内的动水压力影响很大,水泥混凝土路面板体产生的荷载应力与施加的荷载和脱空尺寸成线性关系,随着车辆荷载和脱空尺寸的增加,水泥板内的荷载应力线性增大.同时根据有限元模拟得到了考虑荷载和脱空尺寸条件下的潭邵高速公路水泥混凝土路面的荷载应力计算公式.     

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。     

水泥混凝土路面板底脱空区域动水压力分布特性研究

脱空区滞留水在车辆荷载作用下形成的动水压力,是造成水泥混凝土路面破坏较为严重的主要原因之一。为分析脱空区滞留水产生动水压力的分布特性,建立含脱空区水泥混凝土路面-滞留水双向流固耦合计算模型,并对车辆行车位置、行车速度、轴载、脱空区面积等因素对动水压力的影响进行分析。结果表明,脱空区内形成的动水压力是由车辆荷载特征和脱空区几何形态等多因素综合决定的。动水压力沿着出口方向呈三次方减小关系,其最大值发生在内部尖端处。当车轮作用在路面板边缘时,动水压力值最大,此时对路面的破坏最严重。车辆行驶速度、轴载、脱空区面积是影响动水压力的3个重要因素,动水压力大小与行驶速度呈二次方增加关系,与轴载呈线性增加关系,与脱空区面积呈三次多项式增加关系。采取交通管制措施,降低车辆行驶速度和轴载,并及时采取灌浆或注浆等修补措施,可有效减缓动水压力引起的路面结构破坏。     

基于ANSYS的水泥路面弯沉影响因素有限元分析

水泥混凝土路面板的几何尺寸、板底脱空程度等因素的不同,会造成水泥混凝土路面弯沉的不同.该文利用Ansys有限元分析软件,分析了板块几何尺寸、厚度、脱空程度、传力杆结合状态等因素对板角弯沉的影响,从而为如何正确判断脱空提供理论参考依据.     

车辆荷载与水耦合作用下水泥混凝土路面板底脱空机理研究

为分析车辆荷载与水耦合作用下的路面板底脱空形态发展机理,建立混凝土路面-水流固耦合计算模型,对车辆行驶速度、轴载等因素对动水压力的影响进行分析,并进一步对尖端应力强度因子进行计算。结果表明:车辆驶向脱空区时,脱空区内水产生正压力,并沿着出口方向呈三次多项式减小关系;车辆驶离脱空区时,产生负压力,并沿着出口方向呈三次多项式增加关系。动水压力大小与车辆行驶速度呈二次方增加关系,与轴载呈线性增加关系。在车辆荷载与滞留水耦合作用下,当行驶速度由60km/h增加到120km/h时,应力强度因子KⅠ增加了79.2%,KⅡ增加了54.83%,KⅢ增加了1.23%,表明车辆行驶速度的提升明显加剧了混凝土路面板底脱空形态的发展,且其发展是由KⅠ、KⅡ、KⅢ综合决定的。在雨水丰富或排水不畅地区,采取交通管制措施,降低车辆行驶速度和轴载,并及时采取注浆修补措施,可有效减缓动水压力引起的路面结构破坏。     

基于弯沉率的水泥混凝土路面板角脱空面积分析方法

采用弹性地基板模型,利用有限元方法分析了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下水泥混凝土路面板角弯沉值的变化规律。提出以弯沉率作为评价指标,得到了弯沉率与板角脱空面积的近似关系式。根据不同路面结构参数下弯沉值的变化对关系式进行修正,尝试建立水泥混凝土路面板角脱空面积的分析方法。通过工程实例分析,表明该分析方法判别水泥混凝土板角脱空面积是可行的。     

轻型交通小尺寸水泥混凝土路面开裂破坏模式分析

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。本文针对轻型交通使用的4m和4.5m宽的路面形式,对小尺寸水泥混凝土板进行了有限元计算分析,得到了标准轴载分别作用在板中板角位置时,混凝土板不同位置的荷载应力,并分析了荷载作用下小尺寸混凝土板的开裂破坏模式,得到了针对小尺寸板的临界荷位。     

水泥混凝土路面脱空评定系统

水泥混凝土路面板下脱空评定是水泥凝土路面结构状况评价的重要组成部分。在大量分析缝边、板角实测荷载－弯沉曲线特征的基础上，本文提出了以传荷状态临界荷载及其对应弯沉为评定指标的脱空评定方法，编制了适合工程实际应用的接脱空评定系统软件。     

水泥混凝土路面板底脱空区动水压力特性研究

为研究车辆荷载作用下水泥混凝土路面板底脱空区内动水压力、水流速度的分布规律及其影响因素,推导了三维状态下脱空区中截面动水压力、水流速度解析式。应用有限元软件ANSYS和CFX建立了双向流固耦合模型,分析了车辆轴重、车速与脱空尺寸等对动水压力及水流速度的影响。结果表明:固定点的水压力及水流速度随时间成正弦函数变化,且水压力随时间的变化趋势与最大水流速度随时间变化趋势有一定的相位差。沿着脱空区出口的方向,动水压力呈减小趋势,其最大值发生在脱空区尖端;水流速度沿着脱空区出口的方向呈增大趋势,其最大值发生在板边缘;动水压力与水流速度峰值随轴重增大而增大,与轴重近似呈二次方关系;动水压力峰值随车速增大而增大,水压力随车速变化的增幅大约为每10 km/h增加1 kPa,与车速成线性关系,而水流速度峰值受车速影响较小;动水压力与水流速度峰值随脱空区开口量增大而减小,与脱空区开口量成反比关系;当脱空区开口高度扩展到一定程度时(论文模型中为4 mm),动水压力变化幅值较小,此时脱空区继续发展可能归因于水流的冲刷作用。数值模拟结果与理论推导结果基本一致。     

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。     

公路隧道水泥路面板底脱空有限元分析

建立了公路隧道水泥路面板底脱空结构的三维有限元分析模型,在单轴双轮荷载作用下,对由于板底脱空产生断裂情况下板角顶面最大拉应力和最大竖向位移进行了分析。通过讨论脱空宽度、面板厚度、轴载、基层模量以及基岩模量对板顶最大拉应力和竖向位移的影响,得出脱空宽度、面板厚度和轴载对板角顶面最大拉应力的影响较大,而各个因素对板角顶面最大竖向位移的影响程度差别不大。板角出现脱空时,重载是造成路面损坏的主要原因,通过增加面板的厚度和接缝设置传力杆可以有效防止路面板由于板底脱空造成的损坏。     

水泥混凝土路面板底脱空的弯沉判据研究

根据试验路几种脱空检测方法的结果,研究了水泥混凝土路面板脱空的弯沉判据,提出了以一定保证率下板角弯沉值与板角弯沉差作为路面板板角脱空的弯沉判据,为施工单位提供了一种简单实用的方法识别脱空板。     

地震波法检测水泥混凝土路面板脱空室内试验研究

分析了地震波法检测水泥混凝土路面脱空的基本原理。借助IDTS3850振动测试仪,进行了室内混凝土脱空板振动模拟试验,记录与分析了室内不同脱空状态下水泥混凝土路面板的微地震波,初步获得了室内模拟水泥混凝土路面板在不同脱空状态下的振动特性规律。结果表明:室内板底脱空程度越严重,板体振动系统受到激励作用时产生的自然频率越低,振动时间越长,振幅则越大。     

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。