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。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

脱空状态下水泥混凝土路面汽车荷载下动态力学指标响应分析

通过采用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA建模,计算水泥混凝土路面在脱空因素影响下的应力和挠度状态,并分析路面在动态荷载作用下弯拉应力和挠度随时间变化的历程曲线,分析弯拉应力和弯沉的动态力学响应,为水泥路面动态疲劳分析提供参考。     

半刚性基层材料弯拉强度试验影响因素研究

本文通过分析和研究济青高速公路旧路面铣刨完的半刚性基层材料的室内弯拉强度试验,从加载速度、成型方式以及强度变异对应应力比三个影响因素方面进行探讨,可以得出在同样的试验条件下,试验中加载速度愈慢,弯拉强度愈小;成型试件的方式对半刚性基层材料的弯拉强度影响也非常大,振动成型方式获得的试件能够形成相对密实的结构,力学性能相对较好,获得平均弯拉强度较大,比静压成型方式更为合理;由于在同一疲劳荷载作用下,导致用弯拉强度的平均值来确定旧路面达到平衡湿度的半刚性基层材料疲劳试验的加载次数结果有很大出入,计算出的疲劳方程也因此不准确,判断半刚性基层的使用寿命和残余寿命的可靠性差。     

多孔混凝土基层疲劳特性及其轴载换算公式研究

多孔混凝土作为水泥混凝土路面或沥青路面基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计中需考虑其疲劳性能。文章在室内多孔混凝土室内小梁弯拉疲劳试验的基础上,通过分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程。根据得出的疲劳方程提出了多孔混凝土作为水泥混凝土路面基层进行路面结构设计的轴载换算公式。     

全深式水泥稳定就地冷再生基层应用与耐久性能评价

为了将含有回收沥青路面材料及回收基层材料的废旧路面材料就地水泥冷再生后用于高速公路的基层,并能在短期内快速评价水泥就地冷再生基层的耐久性能,大广高速奈曼东连接线进行了全深式水泥稳定就地冷再生基层和骨架密实型水泥稳定碎石基层的劈裂强度、无侧限抗压强度、弯拉强度、动态压缩模量试验(中间段法)、干缩温缩应变、冻融循环水稳定性与抗疲劳耐久性等的对比研究,进而采用足尺加速加载试验评价了全深式水泥稳定就地冷再生基层的长期使用性能。研究结果表明,全深式水泥稳定就地冷再生混合料的7d无侧限抗压强度、弯拉强度、动态压缩模量完全能满足规范中高速公路基层的要求;相同试验条件下,水泥稳定就地冷再生混合料的强度特性、力学性能、抗冻性及疲劳寿命均小于新成型骨架密实型水泥稳定碎石混合料,但2种半刚性基层的承载能力相差不大;在持续荷载作用下,路面基层疲劳损伤累积会导致其承载能力不断衰减,随着试验轮加载次数增大,2种半刚性基层弯沉代表值持续增大,而弯沉增长率呈先显著增大后趋于平稳的变化趋势,全深式水泥稳定就地冷再生基层的承载能力衰减对重复荷载作用更加敏感。足尺加速加载试验加载了120万次后,全深式水泥稳定就地冷再生基层未发生疲劳开裂病害,也表现出了良好的耐久性能;建议改扩建工程中,宜将全深式水泥稳定就地冷再生基层应用于交通量较小的车道方向。     

交联聚乙烯改性沥青混合料弯拉疲劳性能研究

通过四点弯曲弯拉疲劳试验,对不同交联聚乙烯掺量的改性沥青混合料在温度、应力比、加载频率等因素影响下的疲劳性能进行研究。结果表明,适量的交联聚乙烯改性剂可改善沥青混合料的疲劳性能,其最佳掺量为5%;交联聚乙烯改性沥青混合料的弯拉强度、疲劳寿命和劲度模量随着温度的升高而降低;随着应力比的增大,疲劳寿命逐渐降低,劲度模量逐渐增大;荷载频率对交联聚乙烯改性沥青路面疲劳性能的影响较大,低频率比高频率更容易产生疲劳破坏。     

混凝土路面行车荷载疲劳应力影响因素的研究

我国目前路面设计采用的力学经验法,在设计基准期内满足承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。本文通过对现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D20-2011)的理解,结合工程经验,研究设计轴载、板底地基当量回弹模量、基层类型及厚度、面层混凝土弯拉强度等设计参数对路面结构的影响,结果表明：合理设计轴载对荷载应力影响较大;设置粒料层可有效提高地基回弹模量;半刚性基层不宜过厚,刚性基层需与面层协同设计,使二者受力最佳;提高面层材料弯拉强度,能承担较高荷载应力。本研究结论为路面设计提供合理建议,供设计参考。     

测定路用砾石混凝土强度以劈裂试验取代小梁抗折试验

公路路面和机场道面混凝土板的破坏主要是由于车轮荷载和温度等作用引起过度的弯拉应力而折断。因此,路面和机场道而混凝土的强度设计控制指标不是常用的混凝土抗压强度,而是混凝土的抗折(抗弯拉)强度,它是评价路用混凝土的主要质量指标。抗折强度的标准检验方法,是将混凝土制成15×15×55厘米的小梁,用双支三分点按规定的速度加载后测梁。这样的小梁试件每组三根,每根重量约30公斤左右,重量体积都比较大,给及时检验混凝土带来一定困难。我们想,混凝土的抗折强度是一种弯拉破坏的受力状态;圆柱体的劈裂强度,从宏     

基于多板协同受力的前嫩公路水泥混凝土路面应力有限元分析

公路水泥混凝土路面板的侧面存在着三边约束、四边约束等多板协同受力情况,为此采用有接缝水泥混凝土路面三维有限元分析程序EverFE构建9块板的有限元验算模型,对前嫩(前锋农场—嫩江)公路嫩江支线一级公路水泥混凝土路面进行多板协同受力条件下的应力分析。结果表明:在多板协同受力时,面层板的最大弯拉应力与协同受力作用的强弱有关。当横缝设置传力杆后,板块之间的协同受力作用增强,横缝中部加载时,最大弯拉应力下降;纵向自由边中部加载时,最大弯拉应力有小幅度增长,验算条件下其增长幅度为1.3%以下。负温度梯度下,最大弯拉应力出现在面层板的表面,小于正温度梯度时的弯拉应力,同时其发生位置与正温度梯度情况不同,在加载板的荷载位置、面层板的中部都可能出现,且可能同时出现在多块板上;协同受力作用越强,其表现愈明显。板中加载时,协同受力强弱对面层板最大弯拉应力的影响较小。在零温度梯度情况下,基层刚度的下降将导致面层板最大弯拉应力的增大,此规律不受板块之间协同受力强弱的影响;非零温度梯度情况下,适当降低基层刚度对减小面层板的最大弯拉应力有利,且正、负温度梯度下的情况均相同。     

纤维混凝土抗盐冻性能试验研究

为提高季冻区路用水泥混凝土的抗盐冻性能,以钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维混凝土和素混凝土为研究对象,进行盐冻条件下的弯拉强度及冻融循环试验,分析200次冻融循环作用下混凝土的弯拉强度损失、相对动弹模量、质量损失及疲劳寿命。研究结果表明:纤维的掺入可显著提高混凝土的弯拉强度(聚丙烯纤维除外)、抗盐冻性能及疲劳性能;钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维4种纤维掺入后,混凝土的弯拉强度分别比素混凝土弯拉强度增加14.3%、7.9%、20.6%和-4.8%;抗盐冻性能由高到低为聚丙烯纤维钢纤维PVA玄武岩纤维;200次冻融循环作用下,疲劳寿命由大到小为钢纤维PVA聚丙烯纤维玄武岩纤维素混凝土路面。4种纤维中,钢纤维混凝土弯拉强度和抗盐冻性能良好,且冻融前后疲劳性能最佳,因而在季节性冰冻地区水泥混凝土路面材料设计时应当优先推荐使用钢纤维。     

钢渣粉煤灰基层的疲劳性能研究

钢渣粉煤灰作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。该文通过MTS进行室内小梁弯拉疲劳试验,建立了不同应力水平的疲劳方程;并与半刚性基层材料的疲劳性能进行了比较,得到了一些有价值的结论。     

关于水泥路面荷载应力计算公式的讨论

威斯特卡德(H.M.S.Westergaard)的温克勒地基薄板理论未考虑荷载弯拉应力的分布问题,实际上,荷载弯拉应力分布在弯沉盆盆底面积上,2002版和2011版水泥路面设计规范也没有考虑这一问题。实际上,荷载应力随板厚h_c~(-4)衰减,而不是规范公式中的h_c~(1.3)或h_c~(-2)。建议将规范公式进行修改。按照修改后的公式设计,水泥路面设计的核心是厚度,而不是抗折强度,贫混凝土的抗折强度是足够,结构形式应该变为"低强厚板"。     

沥青混合料劈裂疲劳过程刚度衰减及路面模拟分析

为研究沥青混合料在使用过程中材料属性的变化规律,选择典型路面结构为载体探讨沥青混合料刚度衰减规律及衰减后路面力学状态。以AC-13C、AC-20C、AC-25C沥青混合料为研究对象,设计劈裂强度试验、劈裂疲劳试验得到其疲劳寿命。通过定义沥青混合料不同损伤程度D(0%、20%、40%、50%、60%、80%)及寿命比S,得出各疲劳损伤程度下沥青混合料疲劳作用次数。通过类比沥青混合料抗压回弹模量测试方法,提出了测定疲劳损伤后的劈裂回弹模量测试方法,导出劈裂刚度模量E的表达式;建立随疲劳损伤过程沥青混合料刚度衰减规律。通过ABAQUS有限元法模拟路面结构层和受力状况,将不同损伤程度刚度模量赋值于路面层状模型中,导出上面层竖向位移和下面层层底拉应力参数。结果表明:随着使用过程疲劳损伤不断累积,沥青混合料能刚度模量不断衰减;并且随刚度衰减,面层层底拉应力增加上面层抵抗变形能力下降而变形增加。     

季冻区路面混凝土界面区劣化行为及与强度相关性

为了揭示季冻区路面混凝土界面区在自然环境与车辆荷载耦合作用下的劣化机理,以及界面区劣化对路面耐久性的影响,通过室内设计普通交通环境和超载条件下的荷载-冻融-干湿循环三场耦合试验模拟路面水泥混凝土实际工作环境,并与普通交通条件下的疲劳荷载单因素试验及荷载-冻融双场耦合试验进行对比,以探求季冻区路面混凝土界面区劣化的主要影响因素;采用扫描电镜观测和X射线能谱分析分别测定在混凝土处于不同耦合作用阶段的界面区细观结构、钙硅比变化;采用静态弯拉强度试验测定三场耦合下各阶段的混凝土力学性能,并采用多元回归分析方法揭示路面混凝土界面区劣化行为与混凝土强度的相关性。结果表明：季冻区路面混凝土运营时,车辆荷载主要引起混凝土界面区沿原生微裂缝的局部损坏;冻融循环伴随干湿交替的环境作用促使裂缝在各方向蔓延形成大片缺陷,且该界面区劣化行为是物理-化学过程。主要表现为,路面混凝土的抗弯拉强度呈下降趋势;界面区大量裂缝交叉贯通,密实度显著降低,氢氧化钙结晶析出;超载情况下,疲劳寿命急剧缩短,且界面区内部微裂纹的宽度显著增大。混凝土疲劳破坏时,界面区临界损伤阈值为：界面区宽度为70 μm;密实度为50.96%~54.25%;微裂缝最大长度在24.48~26.04 μm之间;微裂缝最大宽度在11.73~15.72 μm之间。可利用多元线性回归方程描述混凝土强度与界面区结构缺陷之间的定量关系,各结构参数对强度影响程度从大到小依次为：密实度、裂纹宽度、裂纹长度。     

高抗折强度路面混凝土疲劳性能研究

通过室内试验研究了不同种类高抗折强度路面混凝土的疲劳性能,并在相同应力水平以及相同荷载作用下与不同类型混凝土的疲劳性能进行了对比分析。结果表明：高抗折强度路面混凝土疲劳性能明显优于普通路面混凝土和高性能路面混凝土：加入掺合料后进一步改善了高抗折强度路面混凝土的疲劳性能.延长了使用寿命。     

纳米偏高岭土对混凝土耐久性能的影响

通过将不同替代量下的纳米偏高岭土掺入混凝土,研究其对混凝土经受腐蚀后的力学强度、断裂特征及混凝土的碳化性能、疲劳性能等耐久性能的影响,得到以下结论：纳米偏高岭土能够显著提高混凝土抵抗酸雨腐蚀的能力,降低力学强度损失速率及损失率,并降低断裂韧度损失率及断裂能损失率,80次腐蚀循环后,其改性混凝土抗压强度损失率均较基准组减少15%左右,抗弯拉强度损失率能够降低约10%以上,断裂韧度损失率及断裂能损失率均较基准组减少30%以上。同时纳米偏高岭土能够提高混凝土抗碳化能力,在28 d龄期内,纳米偏高岭土能够明显降低混凝土的碳化深度,并将混凝土的碳化等级提升1级,6种掺量的纳米偏高岭土均可在28 d龄期时降低混凝土20%以上的碳化深度。纳米偏高岭土的掺入同样能够对混凝土的疲劳寿命有显著的提升作用,0.5、0.65、0.8应力水平下,7%及8%掺量的纳米偏高岭土可提升混凝土1倍以上的疲劳寿命。     

废旧塑料改性轻骨料混凝土力学性能及疲劳性能研究

以塑料颗粒替代部分细集料制备轻骨料混凝土,通过试验研究塑料颗粒替代量对轻骨料混凝土力学性能和疲劳性能的影响。试验结果显示:混凝土强度随塑料颗粒替代量的增多呈现先增大后减小的变化规律,当替代量为8%时,强度最大;塑料颗粒能显著改善混凝土的弯曲韧性。塑料颗粒替代量越多,混凝土疲劳寿命越大,由于应力比增长而引起的疲劳寿命衰减越少;循环加载时的总变形随加载次数的增多呈迅速增长、平稳增长和急剧增长3个阶段的变化规律,增大替代量使急剧增长时对应的加载次数明显增多;疲劳寿命与应力比之间有良好的半对数相关性,增大塑料颗粒替代量使疲劳寿命对应力比的敏感性降低。     

应力吸收层厚度对沥青路面加铺层性能的影响

在原有混凝土路面上加铺沥青混合料面层,不仅充分利用原有混凝土路面的剩余强度,还能显著改善路用性能。为了改善层间粘结性能,提出了在沥青加铺层和水泥混凝土路面间铺设同步碎石应力吸收层。选择SBS改性沥青作为胶结料,建立沥青路面结构有限元模型,分析了应力吸收层厚度对加铺层路表弯沉、层底拉应力、顶面剪应力、裂缝两侧弯沉、最大剪应力的影响。研究表明:应力吸收层厚度和模量对加铺层力学性能有一定影响,应力吸收层最佳厚度为0.02m~0.025m,最佳模量为600MPa~800MPa。