荷载、温度耦合作用下水泥混凝土路面板疲劳损伤分析

采用弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,假设面层板与基层受压接触、受拉分离,在荷载与温度梯度共同作用下,采用耦合法计算应力,分析了水泥混凝土路面板纵边中部的疲劳损伤情况,并与叠加法计算结果进行比较。结果表明,正温度梯度下,耦合法计算的损伤值大于叠加法的计算结果,且正温度梯度越大,或水泥路面结构强度越大,差异越明显;负温度梯度下,传统叠加法分析的疲劳损伤值有所高估,但高估的损伤值可忽略不计。     

水泥混凝土路面临界荷位研究

基于Winkler弹性地基模型假设,结合多轴化、重载化的交通运载趋势,考虑不同温度梯度对水泥混凝土路面受力情况的影响,对各种车型位于不同荷载作用位置时的水泥混凝土路面受力状态进行有限元分析,确定不同荷载应力与温度应力耦合作用下水泥混凝土路面的临界荷位,为采用不同设计标准的各种设计方法提出选取临界荷位的合理建议。结果表明,若以板中荷载疲劳应力破坏为设计标准,当水泥混凝土路面处于正温度梯度或零温度梯度时,其临界荷位为车辆载重轴作用于纵缝边缘中部位置;当水泥混凝土路面处于负温度梯度时,临界荷位为车辆相邻两轴作用于同一块路面板的前后两端位置;若以板角挠度破坏为设计标准,无论水泥混凝土路面处于何种温度梯度,临界荷位均为载重轴作用于靠近角隅的板边横缝边缘。     

应用优化理论对水泥混凝土路面进行可靠度分析

本文基于考虑荷载和温度应力综合疲劳作用及接缝的传荷能力，临界荷位取为混凝土板纵缝边缘中部的水泥混凝土路面新的板厚设计方法。采用优化理论对刚性路面的结构可靠度进行了分析，结果表明，本文所得出的方法具有一定的实用价值。     

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。     

地震波法检测水泥混凝土路面板脱空影响因素研究

为了研究地震波法检测水泥混凝土路面板脱空动力响应影响因素,基于水泥混凝土路面板角隅脱空试验,采用室内地震波法检测缩尺试件的试验方法,得出水泥混凝土路面角隅脱空路面板在含水和不含水不同振动参数状态下应变值的变化情况,分别对比不同角隅脱空面积的试验数据和不同锤击高度的试验数据,发现随着水泥混凝土路面板角隅脱空面积的增大,脱空区域的应变值也会随之增大;对于不同锤击高度的试验数据分析发现随着锤击高度的增大,对应脱空区域的应变值也会增大。另外,针对含水状态的分析,发现含水状态下脱空区域的应变值明显大于不含水状态下的应变值。     

声振法检测水泥混凝土路面板纵缝脱空试验与数值仿真分析

为了研究声振法检测水泥混凝土路面板纵缝脱空动力响应,针对水泥混凝土路面板纵缝脱空,采用室内缩尺试验和数值仿真结合的方法,通过传感器采集和分析室内试验中水泥混凝土路面板的应变和振动加速度。同时,结合试验情况建立水泥混凝土路面板纵缝脱空有限元模型,对路面板进行数值仿真分析,并与试验解进行了对比。结果表明:随着水泥混凝土路面板纵缝脱空面积的增大,路面板最大振幅对应的频率逐渐降低,振动时间逐渐延长,板的振动加速度和应变逐渐增大,其中板底应变大于板顶应变,且不同落锤高度也对试验结果有一定影响;纵缝脱空水泥混凝土路面板的最大振动加速度、应变和振动时间明显大于非脱空水泥混凝土路面板,而最大振幅对应的频率小于非脱空路面板;纵缝脱空试验解与数值解对比表明数值解是可行的,二者可以互相验证。     

基于层间分离的PFCC-PCC路面耦合应力分析

目的:分析在原普通水泥混凝土(PCC)路面上实施聚丙烯纤维水泥混凝土(PFCC)加铺层的路面结构层间分离状态时其内部耦合应力。方法:首先根据阶跃型温度场理论得到层间分离状态下路面结构内温度场的理论解,在此基础上对比分析层间分离路面结构受行车荷载与温度应力共同作用下产生的耦合应力及二者单独作用于路面结构的叠加应力。结果:刚性路面加铺设计应按照阶跃型温度场传递方式考虑温度应力对PCC面层的不利影响;层间分离状态下路面结构内的耦合应力远远大于叠加应力,应提高加铺型路面结构的目标可靠度以满足设计年限的要求。     

轻型交通小尺寸水泥混凝土路面开裂破坏模式分析

使用小板块水泥混凝土路面可以降低水泥混凝土路面的荷载和温度应力水平。在应用薄层水泥混凝土路面的时候,为了降低水泥混凝土路面中的应力水平,一般水泥混凝土路面板块尺寸要小于常规水泥路面。本文针对轻型交通使用的4m和4.5m宽的路面形式,对小尺寸水泥混凝土板进行了有限元计算分析,得到了标准轴载分别作用在板中板角位置时,混凝土板不同位置的荷载应力,并分析了荷载作用下小尺寸混凝土板的开裂破坏模式,得到了针对小尺寸板的临界荷位。     

碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力分析和开裂预估

将碎石化的结构层分为上部、中部、下部3个部分,对其加铺层应力进行了分析,并对水泥混凝土加铺层的开裂进行了预估。结果表明:在进行碎石化层的水泥混凝土路面结构时,对路面寿命有较大影响的因素有行车道板间及板纵向的传荷能力、碎石化层温度梯度、下部模量、脱空面积以及水泥混凝土加铺层厚度,沥青混凝土夹层厚度、路肩和行车道、摩擦系数对路面结构使用寿命影响非常小,可忽略。在对疲劳开裂进行预估的时候,可以控制载荷疲劳应力的大小以及温度的疲劳应力,防止水泥混凝土路面板产生疲劳开裂,这样水泥混凝土的设计抗拉弯强度就会小于其综合作用力,并给出了疲劳断裂极限状态计算公式及相应的可靠度系数。     

超薄水泥混凝土路面的性能研究

超薄水泥混凝土加铺技术是一种以较少资源来恢复旧路面使用功能的技术,近年来在国内外得到了广泛的关注。该文结合中国现行的路面设计和相关超薄水泥混凝土罩面试验数据,分析了超薄水泥混凝土路面板的最不利荷位、层间粘结对角隅裂缝的影响,采用了轮迹分布曲线对板接缝进行合理划分,并通过分析层间刚度对反射裂缝进行了讨论,为改善超薄水泥混凝土的性能提供借鉴。     

水泥混凝土轮迹路面结构受力分析

水泥混凝土轮迹路面板底拉应力严重影响其使用寿命,采用有限元数值模拟技术对板底拉应力分布进行了分析。首先通过对比七种荷位下的板底最大拉应力,确定了水泥混凝土轮迹路面的临界荷位。以此为基础,分析了基层厚度、土基模量、面层与基层模量、板宽、板长及板厚对轮迹板底拉应力的影响规律。在综合考虑地区特点与造价的基础上,固定基层厚度、土基模量、面层模量与板宽后,对板长、板厚与基层模量进行合理的设计与施工将可以有效降低轮迹板底最大拉应力。     

冲压技术断裂旧水泥混凝土路面的合理板块尺寸分析

对于断板率较高、损坏面积较大的水泥混凝土路面,可采用冲压技术断裂稳固旧水泥混凝土路面,然后加铺沥青混凝土结构层的方法进行改造.路面板的断裂尺寸对沥青混凝土加铺层的使用性能有很大的影响.但目前各地对路面板断裂尺寸所得的经验值相差很大,且缺乏相应的理论依据.基于此,在试验路研究的基础上,采用三维有限元法分析水泥混凝土路面板断裂尺寸与沥青混凝土加铺层的荷载应力、温度应力、耦合应力及基层顶面的压应力之间的关系,提出了旧水泥混凝土路面板合理的断裂尺寸.     

水泥混凝土路面下路基工作区深度确定方法的探讨

通过讨论原路基工作区深度确定方法的局限性及应用于水泥混凝土路面时的不合理之处,提出以荷载作用于水泥混凝土面板不同荷位时的路基应力比（板角、板边时的路基应力与板中时的比值）作为水泥混凝土路面下路基工作区深度的控制指标。采用有限元方法,讨论了路基应力扩散特征和工作区深度,给出了路基深度0.8m处的应力比取值范围。结果表明：不同轴型（单轴、双轴和三轴）及不同公路等级的路基工作区深度变化在0.65～1.55m之间,原0.8m的路基工作区深度已不能完全满足现在路面结构和轴荷条件下的情况。在综合考虑轴荷、路面结构和公路等级基础上,推荐了路基工作区深度值。     

SFRC路面性能及优化结构研究

不设传力杆的水泥混凝土路面纵缝和缩缝传荷能力差，板底应力大，是容易破损的薄弱部位和制约路面设计厚度的重要因素之一。在大量试验和计算分析的基础，对ＳＦＲＣ路面纵，缩缝的状况及传荷能力进行分析，并提出适合与ＳＦＲＣ路面性能的优化结构。     

荷载-温度-水共同作用下脱空水泥混凝土路面板力学响应分析

为了得到脱空水泥混凝土路面板在考虑荷载、温度梯度、水共同作用下的应力随脱空发展的规律,利用ABAQUS建立了三维有限元模型分析力学响应.脱空部位选取板边中部及板角,设置不同的温度梯度、不同轴载、不同板厚、不同弹性模量以及考虑脱空部位有水和无水情况,定义了 3场共同作用的弯拉应力值与不考虑动水作用的弯拉应力值之比S,分析...     

玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力分析

运用 ABAQUS 有限元软件,建立了基于弹性地基双层板模型和裂缝模式下的玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力有限元模型,提出用粘结单元定义裂缝接触面的法向和切向接触本构行为,即用裂缝剪切刚度来模拟裂缝间的嵌锁作用。通过分析确定了不同裂缝间距下复合式路面的临界荷位---纵向自由边中部,并比较了 BFRP筋和钢筋两种配筋条件下混凝土板应力随 AC 层厚度、CRC 层厚度、筋位置、配筋率及裂缝剪切刚度的变化规律。计算结果表明,2种配筋条件下混凝土板应力值随参数变化规律相似,应力值基本相等,这为 BFRP筋应用于 CRC ＋AC 复合式路面提供了理论依据。     

脱空耦合下水泥混凝土路面疲劳寿命影响因素分析

基于ANSYS建立板底脱空的水泥混凝土路面力学模型,计算其在不同因素影响下的最大弯拉应力,分析其应力变化规律。然后,再利用公式计算板底脱空水泥混凝土路面不同因素下的疲劳寿命,分析其变化趋势,为水泥混凝土路面板设计及后期维护提出依据。最后,再结合疲劳寿命计算结果,利用层次分析法确定板底脱空状态下影响其疲劳寿命的各个主影响因素所占权重。结果表明:脱空半径对其影响最大,权重占0.483,且脱空半径达到400mm时,随着其他各因素的不利发展,疲劳寿命趋于稳定;温度梯度影响下,各脱空半径影响下的弯拉应力变化规律整体一致;面层模量对疲劳寿命影响相对较小,仅占0.114;面层厚度为300mm时,水泥混凝土路面性价比较高。     

水泥混凝土路面板角脱空受力特性分析

为研究水泥混凝土路面板角脱空区受力特性,应用ANSYS-CFX建立流固耦合模型,对水泥混凝土路面在车辆荷载-动水压力耦合作用下板角脱空区所受应力进行了分析。研究结果表明:在相同行车荷载作用下,相比于无水状态的脱空区,有动水压力作用下的板角脱空区裂纹尖端等效应力和最大主应力提高了约30%,而脱空区路面板板顶和板底的应力有着不同程度的减小,且板顶的主拉应力大于尖端的主压应力。考虑有水状态下材料的刚度折减时,脱空区裂纹尖端和路面板所受应力不同程度增大。     

钢纤维混凝土路面接缝传荷能力试验研究

为研究正常使用状态下钢纤维水泥混凝土路面接缝的传荷性能影响因素及其衰减规律,对10块普通水泥混凝土路面板和10块钢纤维混凝土路面板进行了疲劳荷载试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度、混凝土板厚度及钢纤维掺量,分析了不同因素对钢纤维路面板接缝传荷能力的影响。结果表明:掺加钢纤维能够有效提高路面板的传荷能力,降低传荷能力衰减速率;钢纤维混凝土路面板的传荷能力随钢纤维掺量的增加而增大,受传力杆直径、长度影响较小;普通水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,均能够提高接缝的传荷效率,但提高幅度十分有限。     

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。