CRC+AC复合式路面沥青混凝土层荷载型开裂分析

针对CRC+AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用有限元法,分析了交通荷载作用下AC层的受力状态;运用断裂力学理论和有限元法,对CRC+AC复合式路面反射裂缝的扩展机理进行了研究,计算了反射裂缝的扩展强度,分析和研究了结构层厚度与裂缝长度对Ⅱ型反射裂缝扩展的影响规律。研究结果表明:在交通荷载作用下,AC层出现裂缝的可能性很小,但由于温度、施工、材料老化等各种因素的影响,AC层还是会出现裂缝,增加结构层厚度尤其是沥青混凝土层厚度能减小反射裂缝的扩展。研究结果可为合理设计CRC+AC复合式路面的结构厚度提供理论依据。     

CRC＋AC复合式路面结构层厚度对温度效应及车辙变形的影响

针对连续配筋混凝土与沥青混凝土（CRC＋AC）复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,计算了CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝的扩展强度,分析了结构层厚度与CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝扩展强度的关系。结果表明：AC层厚度一般在不小于4cm时才能起到降低CRC层顶面最大温度的作用;CRC层的最大温度梯度随AC层和CRC层厚度的增加而递减;车辙深度随着AC层厚度的增加而递增;AC层厚度的增加能有效减小温度裂缝的扩展,其他结构层厚度对温度裂缝的扩展强度影响不大。研究结果可为合理设计CRC＋AC复合式路面的结构层厚度提供参考。     

CRC+AC复合式路面荷载应力分析

针对CRC+ AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用力学理论和有限元法,建立了基于裂缝模式的CRC+ AC复合式路面的有限元模型,确定了不同裂缝间距下CRC+ AC复合式路面的临界荷位,分析了模量、配筋率、配筋位置等因素变化下,结构层厚度与CRC层最大主应力之间的关系.研究结果表明:临界荷位可能出现在横向裂缝边缘的中部和纵向自由边中部；AC层的模量增加40％左右与AC层的厚度增加1 cm作用基本等效；CRC层的模量减少8.5％左右与板厚增加2 cm的作用基本等效；配筋位置对板内荷载应力的影响不大,建议布筋位置在CRC层的1/2处；基层的模量和厚度对荷载应力的影响较大,模量增加25％板内荷载应力约减小4％.研究结果可为CRC+ AC复合式路面的合理设计提供参考依据.     

AC+CRC复合式路面温缩反射裂缝的疲劳扩展

为了深入研究AC+CRC复合式路面在温缩应力作用下的反射裂缝疲劳扩展规律,基于扩展有限元(XFEM)方法和能量释放率改进型Paris公式,对AC+CRC复合式路面温缩型反射裂缝疲劳扩展过程和影响因素进行了动态模拟和分析,得到了温缩应力循环作用次数与沥青面层内裂缝长度的关系和裂缝尖端能量释放率变化规律。结果表明,连续配筋混凝土基层温度变化较小时,可降低裂缝尖端能量释放率,延长面层疲劳寿命;沥青面层疲劳寿命随着基层配筋率提高而延长,有效抵抗裂缝扩展的面层厚度增加;能量释放率极限值较高的沥青面层疲劳寿命较长,抵抗反射裂缝扩展的能力增强。     

CRC+AC复合式路面配筋率设计指标研究

连续配筋水泥混凝土(Continuously Reinforced Concrete,简称为CRC)+沥青混凝土(Asphalt Concrete,简称为AC)复合式路面的配筋设计方法尚不完善,根据气候条件,各地用的配筋量也有较大区别。在连续配筋水泥混凝土路面上加铺不同厚度的沥青层,将改变连续配筋水泥混凝土路面内的温度场和温度应力分布状态,并影响钢筋位置的裂缝宽度。文中利用自行开发的RP_TMP路面温度场计算程序,计算了5cm、10cm、15cm等3种加铺层厚度对水泥混凝土路面温度应力及钢筋位置裂缝宽度的影响;采用美国AASHTO2002设计指南中平均开裂间距和裂缝宽度确定方法,以裂缝宽度不超过0.5mm作为控制指标。计算结果显示,AC层的厚度每增加1cm,配筋率大约可以降低0.01%。研究计算结果可以用于指导复合式路面的配筋设计。     

CRC+AC复合式路面的合理配筋率

针对CRC+AC复合式路面的结构特点和现有研究的不足,对现行规范的纵向配筋设计进行了分析,运用传热学理论和有限元法,研究了AC层的温度效应,计算和分析了AC层温度效应对CRC+AC复合式路面纵向配筋率的影响规律。研究结果表明:CRC+AC复合路面结构的纵向配筋设计不需要考虑剥落、渗水和冲断破坏,只需考虑钢筋的拉断破坏即可;由于AC层的隔热作用明显,CRC+AC复合路面结构的纵向配筋率可以相应减少,以AC层厚度10 cm为例,CRC层的纵向配筋率可减少0.12%左右;钢筋的架设建议采用滑动支架,纵向钢筋的连接建议采用绑扎方式,搭接长度约为35倍钢筋直径。     

CRC+AC复合式路面的应变能响应分析

基于第四强度理论,应变能大小可以代表沥青混合料所承受的剪切破坏的强弱。由于沥青面层和混凝土板之间的材料性能差异,复合式路面层间是变形、滑移、开裂等病害的易发区。提出采取应变能理论对AC层进行抗剪性能研究和分析,利用有限元软件计算了在水平荷载和竖向荷载的共同作用下,AC层内各深度处的应变能大小,结果表明:应变能最大值出现在AC层上部,虽然层间应变能稍小,但是层间应变能容许值可能不足,层间的应变能最不利区域和水平剪应力最不利区域呈现了一致性,层间最不利点都处于轮胎后缘处。     

基于三点弯曲试验的高黏沥青砂应力吸收层的裂缝扩展过程研究

为了研究带3种贯通裂缝的水泥混凝土加铺高黏沥青砂应力吸收层和没有应力吸收层两种结构的反射裂缝的扩展路径与断裂机理,对带3种裂缝的两种结构试件分别进行三点弯曲室内试验。并以扩展有限元方法(XFEM)为基本方法,建立有限元模型对有应力吸收层的加铺层的裂缝扩展过程进行模拟。把扩展有限元模拟结果与室内试验结果进行比较并分析了反射裂缝的力学响应、扩展机理和断裂过程。结果表明:数值计算与试验的结果在断裂形态上相近,两者数据的相关性较高。高黏沥青砂应力吸收层能降低加铺层底部的应力集中,减缓加铺层下部裂缝扩展的速率,达到防治反射裂缝的目的。     

钢桥面沥青铺装层裂缝病害分析

为更准确地反映钢桥面沥青铺装层的裂缝尖端应力场特性及认识其扩展规律,以断裂力学为基础,研究了钢桥面沥青混凝土铺装层裂缝的形成及扩展机理。提出采用20节点等参单元、裂缝奇异单元,建立了铺装层线弹性断裂力学有限元模型,通过裂缝尖端应力强度因子的计算,研究了钢桥面沥青铺装层破坏情况对裂缝扩展的影响。研究表明,裂缝扩展的形式和速率受到铺装层开裂的长度和深度影响,应在其扩展到最不利情况前及时修补。     

高等级沥青路面反射裂缝的三维数值分析

路面裂缝前缘应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用有限元软件ANSYS,建立了20节点等参单元有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对路面面层反射裂缝进行了数值分析,分析了各层不同模量对面层反射裂缝应力强度因子的影响及裂缝在面层中扩展时应力强度因子的变化规律.计算结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析荷载作用下路面反射裂缝的扩展提供依据.