温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

公铁同面大桥的桥面铺装耦合荷载效应

为分析铁路-公路荷载作用下公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的受力特点,以枝城长江公铁同面连续钢桁架梁桥面铺装结构为研究对象,采用等效抗弯刚度法简化桥面铺装层,建立公铁同面大桥整桥有限元模型,分析铁路荷载、公路荷载及铁路—公路耦合荷载对公铁同面钢桁梁桥桥面铺装组合结构的影响。结果表明桥面铺装层主要控制应力为顺桥向的纵向拉应力,铁路荷载和公路荷载对最大纵向拉应力耦合效应的贡献率分别约为62.5%和37.5%,对最大横向拉应力的荷载耦合效应的贡献率分别约为61.7%和38.3%。在铁路-公路耦合荷载作用下,枝城长江公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的最不利等效应力小于等效桥面铺装层材料的容许应力。     

CFRP增强钢纤维混凝土钢桥面铺装力学性能试验与数值模拟

由于我国日益增加的交通量,很多正交异性钢桥面铺装和正交异性钢板在服役期内都出现了很多病害。碳纤维(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优越性,钢纤维混凝土具有沥青混凝土没有的刚度和普通混凝土没有的抗裂性能。对于将这两种材料用于钢桥面铺装中形成的组合桥面板,取涡河大桥主桥钢箱梁的一段正交异性钢板,分别对"无铺装","沥青混凝土铺装","钢纤维混凝土铺装"3种模型进行有限元模拟,比较正交异性钢板的应力、挠度、铺装层的纵向拉应力和横向拉应力,找出最不利荷载工况及变化规律。通过计算比较"沥青混凝土铺装"、"钢纤维混凝土铺装"和"CFRP-钢纤维混凝土铺装"3种铺装层的纵向和横向拉应力,得出CFRP网格筋对铺装层表面拉应力的控制作用。结果表明低弹模铺装时横向拉应力为控制应力,而高弹模铺装时纵向拉应力为控制应力,正交异性钢板应力最大部位发生在横隔板开孔附近,碳纤维网格筋可以有效地降低铺装面层的横向和纵向拉应力。     

沥青混凝土铺装层对桥面结构力学性能影响的有限元分析

采用有限元法,分析了沥青混凝土铺装层对桥面结构力学性能影响,结果表明,铺装层最大横向拉应变和拉应力均比最大纵向应变及拉应力大很多,且在沥青混凝土上表面出现;纵向最大拉应力要比横向最大拉应力明显小;铺装下层拉应力要比铺装上层拉应力小,横桥向最大拉应力比纵桥向最大拉应力要明显大;在行车荷载作用下,荷位对铺装各层剪应力影响较小。层间最大横向剪应力要比层内的最大剪应力、层间纵向最大剪应力大很多,横隔板支撑作用随着荷位不断向横隔板靠近越来越明显,这为桥面铺装设计规范化的发展积累提供了参考。     

钢桥面铺装粘弹性力学分析

由动态力学试验数据通过粘弹性力学关系式转换,得到用Prony级数进行数值表征的广义Maxwell模型参数。在此基础上,以九江长江公路大桥为例,通过有限元建模,模拟分析荷载-温度耦合作用下钢桥面铺装面层表面的应变状态,计算得到典型温度下4种铺装结构表面最大横向弯拉应变及其分布特征。结果表明,某温度下的一个加载过程中,任一荷位出现最大表面横向弯拉应变的位置在横断面上的分布是不同的,而双层环氧沥青混凝土铺装结构增加Eliminator防水粘结层可有效降低铺装表面最大横向拉应变。     

高速公路混凝土桥复合桥面铺装热效应分析

针对广东地区高速公路混凝土桥复合桥面铺装结构普遍存在的车辙、推移等剪切病害,采用ANSYS有限元软件,结合广东气候特点,建立轮胎和混凝土桥复合桥面铺装实体模型,分别进行温度和温度-荷载耦合条件下桥面铺装结构层的热效应数值模拟。结果表明:铺装层内部温度场分布不均匀,且温度应力下剪切变形薄弱层为下层AC,而耦合条件下横向剪切变形薄弱层为上层AC,纵向剪切变形薄弱层为下层AC。研究成果可为广东高速公路混凝土桥复合桥面铺装结构设计提供工程经验借鉴及参考。     

基于ABAQUS的钢桥面铺装层粘弹性响应分析

为了准确地分析钢桥面铺装层在荷载作用下粘弹性力学特性,基于大型通用有限元软件ABAQUS平台,建立钢桥面铺装体系有限元分析模型,对其在车轮荷载作用下的粘弹性力学响应进行求解。结果表明：最大横向拉应力出现在与荷载作用区域相邻U形加劲肋的铺装层顶面,最大挠度出现在车轮荷载所作用的中心点;同时由于沥青铺装层的蠕变和松弛特性,各种响应均随时间和温度的变化而呈现出较为复杂的变化趋势;随加载时间的延长,各响应逐渐趋于稳定。     

基于车-桥耦合动力作用的车辆与桥梁力学行为

为研究车-桥耦合动力作用下的车辆与桥梁力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立二自由度四分之一车辆模型和简支桥模型。车辆模型考虑橡胶轮胎超弹性,桥面铺装层考虑沥青混合料黏弹性。基于轮胎与桥面铺装层接触关系,建立车-桥耦合动力模型,采用中心差分法和有限元理论求解车辆和桥梁时域响应。结果表明:通过与现场桥面铺装层上面层跨中竖向应力测量值比较,验证所建车-桥耦合动力模型具有一定可行性;未添加路面不平度上面层跨中最大竖向压应力、最大横向压应力、最大纵向压应力分别为0.608,0.283,0.338 MPa,添加路面不平度上面层跨中最大竖向压应力、最大横向压应力、最大纵向压应力分别为1.327,0.652,0.706 MPa,分别增大118.257%,130.389%,108.876%;未添加路面不平度最小和最大车辆悬架弹力分别为36.178,59.322 kN,变化幅度为63.973%,添加路面不平度最小和最大悬架弹力分别为33.738,60.859 kN,变化幅度为80.387%;未添加路面不平度纵梁跨中最大竖向压应力、最大横向拉应力、最大纵向压应力分别为0.282,0.193,0.159 MPa,添加路面不平度分别为0.449,0.418,0.348 MPa,分别增加59.220%,116.580%,118.868%。添加路面不平度,车-桥耦合动力效应增强,车辆与桥梁各项响应均增大。     

正交异性钢桥面铺装层表面裂缝应力强度因子分析

首先建立了正交异性钢桥面系三维断裂力学有限元模型,计算并对比了开裂铺装层与完好铺装层表面最大拉应变值,结果发现铺装层开裂后会使表面拉应变值减小,表明铺装层表面最大拉应变不适合作为带裂缝铺装层的设计指标,因为铺装层的疲劳破坏是由裂缝前沿的奇异应力场强度,即应力强度因子的大小所决定;接着计算了铺装层表面纵向裂缝和横向裂缝的应力强度因子值,分析了应力强度因子随荷载作用位置变化的规律,确定了轴载作用的最不利荷位。     

随机荷载作用下沥青路面应力应变分析

应用有限元软件ABAQUS建立轮胎/路面结构模型,研究轮胎与路面的接触印迹及随机荷载下沥青路面三维结构应力、应变变化特征。结果表明:沥青路面竖向、横向、纵向应力应变随荷载的非线性增加而非线性增加,随路面深度增加应力应变逐渐减小,在沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中现象。在荷载作用分析点,竖向、横向及纵向应力最大应力值出现在上面层,竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向和横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,纵向方向反复的拉压变形,可能是导致路面轮迹带材料产生疲劳损坏的原因。沥青路面结构应力应变受温度变化、荷载等多种因素影响,残余应变恢复时间延迟体现沥青材料的黏弹性特征。     

基于纹理特征的钢桥面铺装层早期开裂机理研究

采用有限元计算分析方法研究基于纹理特征的钢桥面铺装层早期开裂机理。基于9种典型荷位建立有限元模型,对比计算了铺装层竖向位移、横向拉应力(变)峰值;同时,通过对轮胎施加不同胎压和载荷,分析两者对铺装层竖向位移和横向拉应力的影响规律,并与均布载荷下的计算结果进行对比。结果表明:最不利荷位为两横隔板跨中与U形肋边交叉处,与均布载荷作用下结论一致;胎压从0.4增大到1.05 MPa,铺装层横向拉应力峰值较均布载荷下计算结果增大-36%~110%;轴载从25增大到50.8kN,胎/桥接触模型计算得到的铺装层横向拉应力峰值比均布载荷下的计算结果增大7%~20%。     

基于ABQUS的钢桥面铺装层粘弹性响应分析

为了准确地分析钢桥面铺装层在荷载作用下粘弹性力学特性,基于大型通用有限元软件ABAQUS平台,建立钢桥面铺装体系有限元分析模型,对其在车轮荷载作用下的粘弹性力学响应进行求解.结果表明:最大横向拉应力出现在与荷载作用区域相邻U形加劲肋的铺装层顶面,最大挠度出现在车轮荷载所作用的中心点;同时由于沥青铺装层的蠕变和松弛特性,各种响应均随时间和温度的变化而呈现出较为复杂的变化趋势;随加载时间的延长,各响应逐渐趋于稳定.     

低温-重载耦合作用下钢桥面铺装力学特性

针对钢桥面环氧沥青混凝土铺装结构,建立正交异性钢桥面铺装三维力学模型,研究低温-重载耦合作用下钢桥面铺装的力学特性,并与不考虑温度作用的结果进行对比分析。结果表明,低温-重载耦合作用下钢桥面铺装拉应力显著增大,最大拉应力可达荷载单独作用的四倍。     

钢管混凝土拱桥桥面铺装动力学特性研究

首先,建立了千岛湖钢管混凝土拱桥的3D有限元模型。通过有限元计算,得到了该钢管混凝土拱桥前8阶的自振频率和自振振型。同时,计算了该钢管混凝土拱桥的水平自振基频与竖向自振基频。接着,选用移动恒载研究车辆荷载作用下的钢管混凝土拱桥桥面铺装结构动力学特性。计算得到该钢管混凝土拱桥的共振速度并分析了桥梁共振响应的可能性。计算了不同车速下跨中节点的竖向最大位移与纵向拉应力,并进一步计算了冲击系数,提出了钢管混凝土拱桥的荷载冲击系数参考值。最后,考虑施工荷载,计算了梁底最大拉应力与最大剪应力,分析了Dynapac CC522型振动压路机施工时对桥梁结构的影响。     

水泥混凝土桥面环氧沥青桥面铺装应力分析

针对预应力混凝土连续刚构桥,进行环氧沥青桥面铺装力学分析。按照弹性层状体系理论建立力学分析模型,采用在车辆荷载作用下的有限元计算方法,分析桥面铺装层中的最大拉应力、最大剪应力和最大应变,并分析了在不同铺装层厚度、不同模量及不同荷载情况下对应力与应变的影响,最后得出竖向拉应力大于水平向拉应力、横桥向剪应力大于顺桥向剪应力,以及汽车超载将导致铺装层早期损坏的研究结论。     

隔离层对贫混凝土基层水泥混凝土路面结构力学性能的影响

结合清连路现场试验测定的基本参数,运用考虑层间接触模型的三维有限元方法,重点分析了车辆和温度荷载作用下,不同隔离层下贫混凝土基层水泥混凝土路面结构主要指标的变化规律。分析结果表明,隔离效果越好,车辆荷载作用下路面受力状态越不利;与车辆荷载情况相反,即隔离效果越好,温度荷载作用下路面受力状态越有利;超载使各结构层主要力学指标值都明显增大,是造成路面早期损坏的主要原因之一;通过比较,发现有限元方法与规范方法计算得到的温度应力差值较小,验证了利用有限元方法计算温度应力的可行性。     

车辆多轮动载作用下柔性路面动应力响应

为研究重型车辆多轮动荷载产生的柔性沥青路面应力特性,建立考虑黏弹性的柔性沥青路面三维有限元模型,分析重型车辆多轮随机动荷载和移动恒动荷载作用下柔性沥青路面动态应力响应。结果表明:在路面的确定位置,2种动荷载作用下沥青各层的各向应力变化规律基本一致,而每个车轮通过时各向应力变化规律不同,沥青下面层Sup25底面纵向和横向应力呈现拉应力状态,且大于沥青各层上面的各向拉、压应力;在车辆行驶区域,沥青层各点的各向拉应力和压应力最大值出现的位置及大小均不相同,随机动荷载作用下各点的各向拉应力和压应力最大值的变化幅度较大,分别大于和小于移动恒动荷载作用下各点的各向拉应力和压应力最大值;沥青层各层在随机动荷载作用下各向最大拉应力和最大压应力相对移动恒动荷载作用下各向最大拉应力和最大压应力分别增加1.63%~20.14%和2.13%~28.93%;在研究柔性沥青路面动态响应时,必须考虑路面不平度引起的车辆多轮动荷载及其随机变化的影响。     

广东地区典型复合桥面铺装结构有限元分析

针对广东地区复合桥面铺装普遍存在的裂缝、车辙和推移等病害,该文运用有限元软件Ansys,建立带轮胎的典型复合桥面铺装结构实体模型,并进行了铺装层最不利荷载位置的确定和典型复合桥面铺装结构的力学分析。分析结果表明:综合选取3.65 m为铺装层的横向最不利位置,并以此作为荷载作用点进行铺装结构的数值模拟,铺装上层AC拉应力最大值位于轮胎接触表面,其最大横向拉应力值为0.704MPa,最大纵向拉应力值为0.655MPa;铺装下层AC主要受剪,为高温抗车辙的控制层;AC-PCC过渡界面处主要承受横、纵方向峰值均大于0.1 MPa的剪应力。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究

为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了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。得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料。     

钢-混凝土工字组合梁桥力学性能的数值分析

以某钢-混凝土工字组合梁桥为工程背景,通过ANSYS有限元软件建立全桥数值模型,研究了该结构体系在二期铺装荷载和汽车荷载作用下的受力性能。研究表明:混凝土桥面板在支座位置处因受到负弯矩作用而产生较大的主拉应力;二期铺装荷载作用下混凝土桥面板横向应力对主拉应力的贡献较小,而汽车荷载作用下的桥面板横向应力不容忽略;两种工况下工字钢主梁的等效应力普遍较低,具备较高的安全储备;除局部产生应力集中外,桁架式横梁、加筋肋等构造构件的应力水平较低,有待于进一步的优化设计研究。