正交异性钢桥面沥青混凝土铺装层荷载图式研究

钢桥面铺装荷载图式是钢桥面铺装力学分析的基础。利用三维有限元方法对265／70R19．5（11．00R20）轮胎与正交异性钢桥面铺装的接触过程进行了模拟，计算出了轮胎与铺装接触的平面分布以及接触区域内应力的分布特性。研究结果表明：轮胎与铺装接触区域的平面形状以及接触区域垂直应力分布等都随着汽车荷载的变化而变化；当汽车轴载超过100kN时，轮胎与铺装接触区域的平面形状近似为矩形；当轮胎作用于正交异性钢桥面U形加劲肋腹板顶面时，轮胎与铺装层接触区域的垂直应力横向分布接近于“凸”形，当轮胎作用域正交异性钢桥面板U加劲肋腹板之间时，接触区域的垂直应力横向分布接近于马鞍形。在钢桥面铺装力学分析时选用双矩形荷载能够较好的模拟轮胎与铺装接触平面的实际状况，而轮胎荷载的横向分布应该综合考虑轮胎作用最不利位置之后决定。     

正交异性钢桥面铺装的力学分析

采用有限元方法分析正交异性板桥面铺装体系在车辆荷载作用下的力学响应规律,探求钢桥面铺装破坏的力学机理。比较各种工况的计算结果,确定了每种应力的最不利荷载位置。分析结果表明,钢桥面铺装在轮载作用下的应力最值均位于正交异性板的刚度突变位置,如最大纵向应力位于横隔板上方,最大横向应力及最大剪应力位于加劲肋腹板上方。研究结果可以为正交异性板优化设计及钢桥面铺装设计指标的确定提供理论依据。     

大跨径钢箱梁桥面铺装动力响应分析

为了分析钢桥面铺装在动荷载作用下的力学变化规律，针对现有铺装层常见的脱层、滑移、开裂等破坏形式，研究了行车荷载的动力特性与形式，将车轮荷载模拟为移动恒载，选取了6种铺装结构和3种力学控制指标，建立了钢桥面铺装体系三维有限元模型，研究了在动荷载作用下铺装的动力响应，并与静力计算结果进行了对比，给出了最优的铺装结构形式。分析表明，钢桥面铺装的动力响应与静力响应有较大的不同；在动力荷载下，铺装层最不利受力荷位是横隔板跨中位置；铺装层最不利点位受拉情况类似于承受半正矢波荷载；静力分析在对层间剪应力计算时误差很大，在动力荷载作用下，铺装与钢板间会产生很大的层间剪应力，这是导致铺装出现脱层、滑移等病害的主要原因。     

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.     

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。     

跨径对水泥混凝土桥面铺装力学性能影响的数值分析

水泥混凝土桥面铺装力学计算分析中,桥梁跨径对铺装层力学响应有重要影响。文章针对跨径长短对桥面铺装力学性能指标的影响展开研究,为桥面铺装力学计算中模型的简化提供理论依据。     

沥青路面结构有限元建模计算误差研究

建立轮胎接地形状分别为圆形和矩形两种沥青路面结构有限元模型,并对建模计算结果误差进行对比分析,并与HPDS设计程序计算结果进行比较。结果表明,沥青路面轮载接地形状对路表的影响大于面层层底和基层层底,对剪应力的影响比较大,但这些结果对HPDS设计的结果影响不大,基本接近,矩形形式的荷载结果更接近HPDS程序设计结果。说明轮胎接地形式在有限元分析中采用矩形形式是可行的。     

立转开启式桥梁钢桥面铺装层力学响应分析

结合天津海响螺湾开启桥,采用三维有限元分析方法建立了车辆荷载作用下开启桥正交异性钢桥面铺装体系的仿真模型,分析了不含纵隔板和含纵隔板两种情况下的铺装层力学响应.建立了1/4含铺装层的开启桥整桥模型,分析了整个动态开启过程.分析结果表明,以不同力学响应为铺装层力学控制指标时,采用的仿真模型也不同;开启角度最大时,铺装层最大剪应力达到最大值,比刚开启时增加了50%.     

非均布荷载下层间接触条件对桥面沥青铺装层的力学响应分析

通过三维有限元的计算方法，分析非均布荷载，层间接触条件不同时桥面铺装层内的力学响应差异，结果表明在铺装材料和结构的设计中需要考虑非均布荷载的影响。层间接触条件的变化将导致铺装层内的应力应变的重分布，使沥青铺装层处于极其不利的应力状态。     

连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷作用的数值模拟和敏感性分析

国内现行的水泥混凝土路面规范在对连续配筋混凝土路面(CRCP)进行配筋设计时,忽略了横向裂缝的传荷作用,现有研究对传荷作用影响因素的敏感性分析也不够全面具体。针对这些不足,分析了横向裂缝的传荷机理;运用ABAQUS有限元软件建立了CRCP的带裂缝数值模型;运用等效面积原理,将单轮接触面积简化为矩形,在横向裂缝边缘施加等效荷载,对某实体工程进行了力学响应计算;利用Grovetti和Zollinger的经验公式对裂缝传荷效率(LTE)的有限元解进行了验证;通过敏感性分析,确定了筋材种类、基层刚度、纵向配筋率、地基反应模量和横向裂缝宽度等因素对CRC板层底拉应力分布和LTE的影响。计算结果表明:在横向裂缝两侧设置剪切刚度弹簧单元可以较好地模拟传荷作用;绘制了CRC板在车辆荷载作用下的应力和应变云图;得出了该实体工程的LTE为89.73%、传荷性能评级为优的结论;钢筋、BFRP筋和GFRP筋对应的LTE分别为89.73%,88.11%和87.73%;大刚度基层、半刚性基层和柔性基层对应的LTE分别为92.32%,89.73%和89.47%;直径8,16 mm和24 mm对应的LTE分别为87.77%,89.73%和92.55%;地基模量50,100 MPa和150 MPa对应的LTE分别为89.73%,91.82%和99.04%;裂缝宽度0.2,0.5 mm和0.8 mm对应的LTE分别为94.40%,89.73%和86.49%。     

移动荷载下粘弹性地基上无限大板的稳态响应

针对高速交通体系引起的结构与地基振动问题，采用移动荷载作用下Kelvin地基上的无限大板作为力学分析模型，分析了运动车辆荷载作用下路面体系的动力响应。首先采用三维Fourier变换法导出了板在任意匀速运动荷载作用下的稳态挠度的一般解，然后推导了各种移动荷载作用下板挠度的二维积分解析解，包括恒常和简谐移动矩形均布荷载、线均布荷载、集中荷载，最后采用自适应数值积分算法计算了板在移动集中恒载和移动矩形均布恒载作用下的挠度，比较了两种荷载作用下板挠度的异同。结果表明：上述两种荷载作用下板挠度的差异较小，可尝试将运动车辆作用于路面体系的荷载简化为移动集中荷载阵列考虑。     

轻型货车轮胎接地压力分布实测

利用自主开发的轮胎接地压力测试仪,进行了轻型货车不同花纹和不同使用年限轮胎,在不同轮胎胎压和不同负荷作用下,轮胎的接地压力分布规律测量。实测结果发现:轻型货车轮胎与路面的接触形状更接近于矩形;新胎比旧胎的接地压力要均匀些;轮胎胎压与平均接地压力、轮胎负荷与平均接地压力、轮胎负荷与有效接地面积基本上呈线性关系。     

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

实际道路中层间接触状态非常复杂,层间接触状态对路面的使用性能有直接影响;并且轮胎与路面的接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布,路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。基于此,采用三维有限元方法,分析在实测轮胎荷载作用下,完全连续、基、面层间光滑两种层间接触状态时,柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明,层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显增大,相应路面车辙和开裂的机率大大增加,因此必须高度重视层间处理工艺。     

路面载重车辆的荷载特征

在收集了我国公路上行驶的单、双后轴整车型的载重车辆轴载资料的基础上,参考国家现行轴限规定与轮胎型号等标准,从路面结构设计的角度上对轴载、轮胎气压、接地压力、轴型参数等荷载特征参数进行了整理分析,采用统计回归方法找到了特征参数的规律和相互关系,进而提出了供路面结构设计的轴型参数:双轮间距、轮距、轴距按额定轴载进行分级的建议表,以及以后轴额定轴载和轴载实载率为自变参量的轮胎接地压力的统一回归式和回归系数,讨论了现行沥青路面结构分析中双轮中心距取3倍荷载当量圆半径宜根据额定轴载和轴载实载率确定适用范围。此研究结果为提高路面结构分析精度提供了可靠的荷载特征参数依据。     

非均布轮载下钢桥面铺装力学响应分析

为了对非均布轮栽作用于不同钢桥面系的效应进行预估,在构造理想传力垫层建立三维有限元接触分析模型的基础上,计算了均匀分布、凸形分布、凹形分布3种荷栽分布下铺装层的力学响应。计算分析表明,构造传力垫层加栽的接触分析方法是分析正交异性桥面系作用复杂荷栽模式的一种有效方法,特别是当要考虑多种复杂荷栽模式、多个作用位置时。不同荷栽下铺装层力学响应的对比显示：3种荷栽模式下横向拉应变沿横断面的分布规律相当一致,但凸形分布的计算结果最大、均匀分布次之、凹形分布的计算结果最小;轴载一定时,高胎压轮胎服从凸形分布,所以高压轮胎对铺装层有更大的破坏作用。     

移动荷载作用下沥青混凝土桥面铺装层动力响应分析

为了准确地分析铺装层的受力状态,将车辆荷载简化为移动均布荷载,采用有限元法分析了铺装层在移动荷载作用下的动力响应。分析结果表明,在移动荷载作用下,以较低的速度行驶对铺装各层应力影响较大,各应力分量与移动荷载速度基本呈线性关系;刹车情况下离表面较近区域不再经历正反两次剪应力作用,只是离表面较深处存在很小正反剪应力作用;最大水平剪应力发生在铺装表面,且随深度的增加迅速减小;水平荷载对水平剪应力影响很大,随着水平力系数δ增大,在同一铺装层深度处的最大水平剪应力增加比较明显;在相同δ的条件下,随着深度的增加水平剪应力越小。通过上述分析,提出桥面铺装层控制性设计指标,从而为桥面铺装设计提供理论依据。     

山区高速公路坡面荷载的动态效应与实测研究

为了获取公路陡坡路段荷载对路面结构的动态效应,为理论计算分析和试验分析提供可靠的参数,利用自主开发的轮胎对地压力动态分布实时测量装置,进行了不同车型、不同载重、不同车速和不同纵坡条件下坡面轮胎接地压力的动态测量,得出了不同速度下坡面轮胎接地压力的分布及其变化规律。结果表明,高速运动状态下,重载货车轮胎接地形状近似于矩形,车速越高接地形状接近矩形的相似程度愈高;随着车速提高,接地压力的分布形式从凸起型分布逐渐向鞍型分布演变,接地压力峰值逐渐减小;运动状态下,车辆轮胎接地压力在行进方向上呈半正弦波分布,在横向上表现为非均匀分布。     

车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性影响的数值分析

针对车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性的影响,运用有限元方法对其进行了动力响应分析。分析中将车辆通过时路面所承受的动荷载简化为落锤式弯沉仪(FWD)产生的动态冲击荷载,考虑了路面的实际结构体系以及车速、洞径、埋深和偏移距离等主要因素的影响。找出了临界洞室埋深随洞径和偏移距离变化的规律,并确定出了路基下伏暗穴治理范围,同时对动、静荷载效应进行了对比分析。结果表明:在实际计算中,可以将静载乘以某一“放大系数”作为计算荷载进行拟静力分析。     

层间接触状态对半刚性基层沥青路面使用寿命的影响分析

基于弹性层状体系,利用Kenlayer程序研究了标准轴载作用下半刚性沥青路面层间接触状态对路面结构使用寿命的影响。分析结果表明:层间接触状态对路面结构层中应力的分布和路面使用寿命均有重要影响。完全连续状态下的路表弯沉值、结构层层底拉应力和路基顶部压应力要小于非完全连续状态的情况,基面层间的接触状态所产生的影响要大于面层间的接触状态。层间接触状况较差时,路面结构的使用寿命会有明显下降。层间完全连续状态下的路面使用寿命,几乎是其它层间接触状态下的2~4倍。因此,铺设路面时适当铺洒粘层和透层,可保证层间连续性,     

沥青混合料高温性能评价方法与技术标准探讨

为了对比分析高速公路修复工程中不同修复方案的抗车辙效果,采用不同的沥青混合料类型组成不同路面结构组合方案,在沥青混合料高温稳定性室内试验评价的基础上,铺筑试验路并进行跟踪观测。将各种类型沥青混合料室内车辙试验结果、试验路不同路面结构组合方案使用3年后的车辙深度检测结果与该试验路交通量组成进行对比分析发现:交通量和轴载是沥青混凝土路面使用过程中车辙深度的关键影响因素,我国的技术规范根据不同类型沥青混合料抗车辙能力确定技术要求的同时,更应根据交通量及轴载组成制定路面结构抗车辙能力的技术标准。