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。     

水泥混凝土路面板底脱空成因分析及处治技术

通过分析水泥混凝土路面板底脱空的破坏形态,得出了水泥混凝土路面产生板底脱空的深层次原因,同时,基于力学计算和疲劳寿命预估,研究了面板厚度和脱空尺寸对脱空板体临界截面弯拉应力和使用寿命的影响.在此基础上,提出了适用于水泥混凝土路面板底脱空处治的技术措施及施工质量控制标准,以有效处治水泥混凝土面板脱空问题,延长混凝土路面使...     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

半柔性路面材料的疲劳寿命研究

针对半柔性路面材料开展不同试验条件下的三点弯曲疲劳试验,研究其在循环荷载作用下的变形规律,进行损伤演化过程分析,并基于永久变形相对变化率的平稳值建立疲劳方程。结果表明:半柔性路面材料的变形分为可恢复变形和永久变形,其中可恢复变形的恢复速率随着荷载作用次数的增加而降低,永久变形随着荷载作用次数的增加而增加。半柔性路面材料的损伤会随着永久变形相对变化率的快速增大而越快地演化至失效阈值。疲劳寿命随着永久变形相对变化率平稳值的增大呈幂函数趋势下降。不同养护时间的疲劳寿命预测值与实际值的相对误差平均值为6%～29%,表明所建立的疲劳方程能很好地预测半柔性路面材料的疲劳寿命。     

路面材料疲劳损伤分析及疲劳寿命预估

针对路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化及疲劳寿命,运用损伤力学相关理论建立梁式结构的疲劳损伤演化模型,并结合小梁疲劳试验,分析路面材料小梁试件在重复加载下的疲劳损伤演化规律及疲劳寿命。结果表明,对于沥青混合料、水泥稳定碎石、二灰土3种材料而言,当疲劳损伤演化模型指数p分别取4.0、7.2、6.3时,理论分析得到的小梁跨中挠度和疲劳寿命与试验结果比较接近;对于3种材料的小梁试件,随着荷载循环次数的增加,小梁底缘中点的损伤度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,体现出非线性变化的规律;随着荷载循环次数的增加,小梁跨中挠度逐渐增加,且增加的幅度逐渐增大,与损伤度的变化规律一致。     

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.     

水泥砼路面板角弯沉的影响因素分析

利用有限元程序,分析了路面各结构层参数、路面板平面尺寸、接缝传荷能力、板角脱空及脱空与传荷相互作用等因素对FWD板角弯沉值的影响,并建立了接缝传荷与板角弯沉的回归公式.研究结果表明,板角弯沉受面层模量、面层厚度、基层和土基模量影响较大,受基层厚度影响较小;板角弯沉随着板平面尺寸的增大其减小比例在2%以内,正常板尺寸变化情况下可以忽略其影响;接缝传荷修正系数随接缝传荷能力的增加呈指数衰减变化规律;脱空尺寸对板角弯沉的影响较其对其他弯沉影响更为显著;弯沉值在接缝传荷和板角脱空共同作用下的变化比仅受其中一项因素影响时的变化更为明显.     

路面结构厚度与疲劳损坏关系分析研究

为了研究路面结构厚度与疲劳损坏之间的关系,选择了高速公路典型路面结构及参数,应用水泥混凝土路面设计规范编写组开发的HCPD1.O软件SHELL公司的Basir3．O软件分别计算和分析了水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的不同路面结构厚度与发生疲劳损坏时累计轴载作用次数的关系,并进行了经济比较,在此基础上探讨了长寿命路面的合理结构厚度。     

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.     

路面结构厚度对沥青面层疲劳寿命的影响

为了分析路面不同结构层的厚度对沥青面层疲劳寿命的影响,采用有限元分析软件ANSYS对路面结构受力情况进行模拟,并依据课题组对沥青混凝土疲劳寿命的研究成果,对不同路面结构厚度下沥青面层底面的受力情况和疲劳性能进行分析。结果表明:路面面层底面拉应力随路面结构厚度的增加而不断减小,其减小幅度随路面结构层厚度的增加而减小;面层底面应变随路面结构层厚度的增加不断减小,且减小幅度随路面结构层厚度的增加而减小;面层疲劳寿命随路面结构层厚度的增加而增加。     

基于综合稳定碎石土底基层沥青路面结构疲劳寿命分析

针对辽宁省部分地区砂石短缺的现状,通过在当地的天然碎石土中掺入碎石,设计了悬浮密实结构和骨架密实结构两种级配,选用水泥稳定和水泥土壤固化剂综合稳定两种稳定类型,并以7 d无侧限抗压强度为评价指标,综合经济性与可行性,优选3组可行方案,进而确定3组方案的最佳水泥剂量。基于辽宁地区公路典型沥青路面结构,结合路面结构的验算方法,利用Bisar软件对相关力学响应量进行计算,并拟合出各结构层疲劳开裂寿命与底基层厚度的关系。经计算分析得出:各结构层的疲劳开裂寿命随着底基层模量、厚度的增大而增大,而且与底基层厚度表现出较好的指数增长关系或线性相关关系;并通过疲劳寿命分析确定综合稳定碎石土可作为二级及二级以下公路中交通底基层和三级及三级以下重交通的基层。     

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。     

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。     

基于单点弯沉值的水泥路面脱空判定影响因素分析

针对单点弯沉值判定水泥路面板底脱空中存在的问题,采用ABAQUS有限元软件建立了典型路面结构不同脱空深度和不同脱空尺寸三维模型,分别在考虑温度场和不考虑温度场两种情况下施加5t荷载,模拟分析了不同脱空深度、尺寸和环境温度对单点弯沉值进行脱空判定的影响程度,并进行了现场试验验证,总结了单点弯沉值脱空检测的适用范围,用来指导水泥混凝土路面的板底脱空检测。     

荷载作用下路面混凝土的抗折性能研究

文中研究了25%,50%,75%应力水平荷载疲劳作用不同次数下路面混凝土抗折强度的变化规律,同时对其作用下路面混凝土的疲劳寿命进行了研究。结果表明,25%应力水平荷载疲劳作用对路面混凝土的抗折强度基本没有影响。50%,75%应力水平荷载疲劳作用随着应力水平的提高和疲劳作用次数的增多其对路面混凝土抗折强度的影响也越大。荷载应力水平越高路面混凝土的疲劳寿命越短。     

水泥砼路面板板角脱空在重载作用下的应力研究

通过ANSYS建模,采用弹性地基板,基垫层在应力允许范围内扩大,计算不同厚度、不同脱空程度的水泥砼路面板在重载作用下的最大弯拉应力,并进行对比,同时选取两个代表性的厚度25和45 cm进行应力分析,通过计算应力结果分析其对路面疲劳寿命的影响.     

脱空对水泥混凝土路面接缝传荷能力的影响

水泥混凝土路面为了减少温度开裂及干缩开裂,设置了接缝,而接缝却成了水泥混凝土路面最薄弱的部分。接缝的传荷能力对于水泥混凝土路面的路用性能和使用寿命,以及对于旧水泥凝土路面的罩面设计及其使用寿命具有较大的影响。为此,在确定了脱空模型之后分别对其进行动静荷载作用下的分析,找出了不同接缝模量和脱空尺寸对受荷板脱空、受荷板和未受荷板同时脱空时接缝传荷系数LW的影响规律。分析表明:对于同一脱空尺寸下,接缝模量的增大对接缝的传荷能力的增加是单调的;对于同一接缝模量下,对于单板下的脱空来说脱空尺寸为0.8 m是脱空尺寸与LW对应关系的一个拐点,而对于双板脱空则不然,LW是随着脱空尺寸的增大而增大的。     

基于应力强度因子的旧水泥路面沥青加铺层反射开裂特性研究

在路面改造中,旧水泥路面加铺沥青是一种十分有效的方法,但容易出现反射裂纹的问题。该文运用断裂力学和有限元数值模拟相结合的方法,研究在交通载荷作用下沥青表层反射裂纹扩展情况。通过应力强度因子对产生病害的路面进行了疲劳断裂寿命预估。探讨了裂纹反射深度、沥青加铺层弹性模量和厚度对产生病害路面疲劳断裂寿命的影响。研究表明:反射裂缝在交通载荷作用下以Ⅰ和Ⅱ型扩展为主;整个反射裂纹上最危险点在裂纹的边缘,比较容易发生裂纹扩展;交通载荷作用在水泥混凝土板边缘处对路面破坏最严重;反射深度越深,剩余的疲劳断裂寿命越少;增加沥青加铺层的厚度和降低沥青加铺层的弹性模量能够增加其疲劳断裂寿命;相比改变加铺层弹性模量,增加加铺层厚度对于路面的疲劳断裂寿命影响更明显。     

水泥混凝土路面基层刚度对路面受力影响分析

现行水泥混凝土路面设计施工规范对基层刚度过大问题考虑不足,该文采用有限元软件对基层刚度过大时路面受力的特点进行了计算分析,结果表明:刚度较高时路面与基层层间更易于向分离状况发展,分离后翘曲脱空量也更大,不利于路面受力。通过增加面板厚度减小基层相对刚度,可有效减小层间应力水平以及翘曲脱空程度。