水泥混凝土路面复合材料传力杆的研究

1项目来源广东省交通厅科技计划立项编号：2006—372主要完成单位韶关道路工程学会华南理工大学3主要技术内容目前我国水泥混凝土路面使用的传力杆普遍是钢质传力杆,然而大量的研究与野外实践表明,钢材并不是最好的传力杆材料,这主要体现在两个方面：（1）使用多年后的钢质传力杆由于雨水、氯化物等侵入容易锈蚀;（2）由于钢材较大的表面硬度,导致传力杆与混凝土接触界面在车轮荷载作用下产生较大的接触应力,     

GFRP筋作为混凝土路面传力杆的试验研究与数值模拟

为解决水泥混凝土路面传统钢质传力杆易锈蚀且表面硬度过大的问题,文中采用玻璃纤维聚合物(GFRP)筋作为路用传力杆,通过道路整体结构三维有限元分析,研究了GFRP传力杆在车辆轴载作用于缩缝板边时的荷载传递能力;开发了传力杆的路用性能试验设备,开展了传力杆试件的静力极限试验与拟静力加速加载疲劳试验,研究了GFRP传力杆的抗剪能力与耐疲劳性能。研究发现:为保证水泥混凝土路面缩缝结构的荷载传递能力,GFRP筋的直径需要比传统钢质传力杆增加25%~30%才较为合理,不但满足重载交通条件对传力杆装置的抗剪与抗疲劳性能要求,还可缓解缩缝最不利位置的应力集中状态,降低传力杆周边混凝土承载材料在道路交通环境下的开裂风险。     

水泥混凝土路面传力杆设置间距分析

综合考虑横向接缝传荷、传力杆剪切、传力杆弯曲、水泥混凝土承受的传力杆压力,以及对路面板底拉应力的影响,采用布拉德伯利(R.D.Bradbury)传力杆实用设计验算公式和水泥混凝土路面三维有限元分析程序EverFE,对传力杆设置间距进行探讨。结合试验观测,认为当路面板厚度大于24 cm时,传力杆间距可以适当增大。这对节省传力杆钢筋用量、合理控制公路建设成本具有现实意义。     

传力杆与混凝土界面的接触应力

为了分析水泥混凝土路面传力杆失效机理,运用有限元分析软件ANSYS,建立了接缝处设传力杆的水泥混凝土路面三维有限元模型,并对交通荷载和温度变化引起的传力杆与混凝土界面的接触应力进行了分析。结果表明:轮载或者温度变化作用下传力杆与混凝土界面存在明显应力集中现象,在传力杆顶部和底部存在压应力集中现象,在传力杆两端存在拉应力集中现象,致使界面处容易产生初始裂缝并被挤碎,传力杆松动量增大,传递荷载能力降低,甚至导致水泥混凝土路面接缝损坏。     

传力杆环氧涂层对使用寿命影响的分析

在收集国内外关于无涂层钢筋和环氧涂层钢筋锈蚀率和蚀坑深度试验结果的基础上,提出了水泥混凝土路面无涂层钢筋和环氧涂层钢筋传力杆的锈蚀率以及锈蚀率和蚀坑深度的关系,对比分析了传力杆在无涂层和有环氧涂层条件下的使用寿命.计算结果表明,无涂层钢筋传力杆在腐蚀严重的地区只能满足5～12年的寿命要求,而环氧涂层钢筋传力杆可以满足28～30年的使用寿命要求.     

雷达波在混凝土路面施工质量检测中的应用

水泥混凝土路面在使用过程中出现很多病害,最常见的是接缝处破坏。水泥混凝土路面接缝处传力杆施工质量的好坏,对混凝土路面的质量有直接影响。笔者通过试验及工程实例,应用手持雷达对水泥混凝土路面接缝处传力杆的施工质量进行检测,以确定传力杆在混凝土路面中的实际布置,及时发现施工中存在的问题,能对混凝土路面工程的施工质量起到很好的控制作用。     

传力杆在水泥混凝土路面断裂板维修中的应用

借助三维有限元方法,对传力杆应用于路面断板维修进行数值模拟,分析了各种形状断板加装传力杆的效果,并对该维修措施的经济效益进行了讨论。根据分析讨论可知,将传力杆应用于水泥混凝土路面断裂板的维修中是有效可行的。在此基础上提出了水泥混凝土路面横向断裂板加装传力杆维修的施工工艺。     

混凝土路面传力杆疲劳松动行为的试验研究与数值模拟

针对水泥混凝土路面传力杆的疲劳失效问题,从传力杆与混凝土接触面力学性能退化的角度入手,研究了传力杆疲劳失效现象的产生机理与扩展规律。首先,建立了考虑传力杆与混凝土、面层与基层接触面力学行为的水泥混凝土路面三维有限元模型,研究了多种车辆轴载作用于板边时传力杆装置的力学特性;其次,开发了传力杆与混凝土接触面力学性能试验系统,设计了传力杆试件的拟静力加速加载试验,模拟了传力杆疲劳松动的形成过程;再次,根据试验现象建立了含弥散裂纹体的缩缝子结构有限元模型,应用扩展有限元法模拟了传力杆的疲劳松动行为;最后,提出了基于数值分析技术的水泥混凝土路面缩缝临界车辆轴载计算方法。研究发现:轮胎与路面接触位置下方传力杆附近应力集中区域是荷载传递过程中缩缝结构的最不利位置;重载车辆长期作用导致传力杆周边混凝土材料长期处于高接触应力加卸载状态,由此引发的龟裂与剥落最终将造成传力杆疲劳松动量的不断增加;应用数值分析技术可有效地反演路面缩缝结构的临界车辆轴载,防止传力杆周边混凝土内出现损伤累积,避免传力杆发生疲劳松动。研究成果有助于更精确地评估水泥混凝土路面传力杆装置的工作状态,了解传力杆在交通荷载与环境等因素长期作用下的失效过程,科学地预测传力杆装置的疲劳寿命,快速地进行设计方案对比。     

基于FWD传感器时间延迟的水泥混凝土路面接缝传力杆松动量预估方法研究

传力杆是水泥混凝土路面接缝保持传荷能力的重要装置,在外部环境和交通荷载重复作用下传力杆-混凝土的界面将会出现松动,且松动量将会逐步增大,从而导致水泥混凝土路面接缝的传荷能力劣化、水泥混凝土路面的服务寿命降低。现有水泥混凝土路面接缝状况主要通过传荷系数来评估,无法准确判断传力杆是否失效,然而传力杆-混凝土间的松动量能够较好地描述传力杆失效行为。因此,为了能够快速检测评估传力杆-混凝土的松动程度,文中首先依据落锤式弯沉仪FWD(Falling Weight Deflectmeter)在不同工况下的测量结果,发现FWD传感器的测量峰值间存在着一定程度的时间延迟,然后结合有限元模拟分析了传力杆-混凝土松动量不同情况下FWD冲击荷载作用下的水泥混凝土路面板力学响应,确定了传力杆松动量是引起传感器时间延迟的主要因素,由此提出了基于FWD传感器间时间延迟评估松动量的方法,最后根据现场检测结果验证了该方法的可行性。     

水泥混凝土路面传力杆接缝传荷数值模拟及实测分析

对多工况下的水泥混凝土路面传力杆接缝的数值模型进行分析,明晰了传力杆间距、尺寸、埋设深度,以及布设方式对传力杆接缝传荷能力的影响。通过路面结构足尺试验,考察了接缝的传荷分配规律。结果表明,传力杆实测的剪力传荷趋势与解析理论值基本吻合。     

开裂水泥混凝土路面加设传力杆作用评价

使用刚性路面有限元程序ISLAB2000对横向开裂水泥混凝土路面加设传力杆进行模拟,分析讨论了加设传力杆的即时理论效果.同时,使用密歇根州与华盛顿州DBR路段、FWD检测数据验证了加设传力杆理论效果的正确性.研究表明:当裂缝传荷系数大于89%时,传力杆的加设将不会提高裂缝的传荷水平.而不考虑温度梯度情况下,DBR处理后...     

分离式水泥混凝土加铺层设计

分离式水泥混凝土加铺层是旧水泥路面加铺改造的常见措施之一.从加铺层厚度设计、隔离层设计、缝距设计和传力杆设计4个方面介绍了分离式混凝土加铺层的设计方法.提出了隔离层选择方法、缝距设计公式,以及普通传力杆和可变间距传力杆设计方法.可为分离式水泥混凝土加铺层设计和施工提供理论依据和参考方法.     

基于声发射的混凝土路面传力杆疲劳松动失效机理研究

传力杆装置的疲劳松动是影响水泥混凝土路面结构使用寿命的重要因素。该文通过数值方法研究了车辆轴载作用于板边时传力杆装置的力学特性,在此基础上开发了传力杆的疲劳试验设备,模拟重载交通环境中缩缝最不利位置传力杆的疲劳松动行为,研究了传力杆在不同道路交通荷载条件下的疲劳松动发生机理。研究结果表明:车辆通过缩缝过程中,轮胎与路面接触位置下方传力杆与周边混凝土承载材料间处于高接触应力的加卸载状态;在标准轴载交通环境中,传力杆装置的疲劳松动扩展缓慢;在重载交通环境中,传力杆与混凝土在接触面上持续脱黏,混凝土内微裂纹持续扩展引起材料发生龟裂与剥落,导致传力杆出现疲劳松动;传力杆松动的产生和松动量的增长速率与车辆轴载水平密切相关。     

传力杆位置探测与传荷能力影响分析

对分别采用支架法和DBI法施工的水泥混凝土路面传力杆空间位置的现场探测表明:传力杆的支架法施工质量要优于DBI法施工质量,同时得到了路面施工结束后的传力杆空间位置偏差的范围和主要规律。继而通过三维有限元模型,分析了传力杆不同偏差情况下,水泥混凝土路面板内应力分布和传力杆偏差所造成的路面主要破坏形式。并通过室内疲劳试验,评价了传力杆不同偏差情况下(水平面内和垂直面内0°,5°,10°,15°)的接缝传荷能力衰减规律。最后对疲劳试验后的试件进行逐级加载,估算了传力杆的松动量,验证了接缝传荷能力下降的原因。     

水泥混凝土路面缩缝传荷体系的力学分析与优化

介绍了水泥混凝土路面增设传力杆构建缩缝传荷体系的必要性,提出了推荐的传力杆长度与直径比例、布设间距等;指出可靠、有效的缩缝传荷体系不仅能够改善面层板和基层的受力状态,而且有利于保持路面的整体使用功能、提高路面的使用耐久性。     

刚性路面缩缝增设传力杆失效原因分析

当有接缝水泥混凝土路面由于未设置传力杆及基层支承不足发生破坏时,在横缝处增设传力杆(DBR),可改善接缝荷载传递效率和预防面板发生进一步的破坏.但得克萨斯州US59路段在DBR处理后2年内再次发生破坏.对该工程中所取芯样研究表明:传力杆底部过多的空隙阻碍了接缝处适量荷载的传递,而大量空隙的产生是回填材料固结不充分所致....     

水泥混凝土路面补设传力杆恢复接缝传荷能力研究

本文从不同界面处理方式以及不同路面厚度情况下对补设传力杆的几何尺寸要求2个方面,研究了补设后传力杆的工作状态。研究发现采取喷塑的处理方式能有效减小传力杆与混凝土间的粘结力,实现补设后传力杆在混凝土内纵向自由滑动。同时根据室内试验和依托工程的检测结果,提出了所补设传力杆的合理方式。     

水泥混凝土路面滑模施工DBI技术

介绍了在高速公路、一级公路水泥混凝土路面上成功试验使用ＤＢＩ技术的情况，研究了此技术在我国推行使用的必要性和重要价值。并与现有的预制钢筋支架法设置传力杆的方式进行了对比。本文推荐在我国高速公路和一级公路水泥混凝土路面推广使用ＤＢＩ技术。     

水泥混凝土路面传力杆相关问题的研究综述

水泥混凝土路面接缝破坏为水泥路面的3大病害(断板、错台、接缝破坏)之一,解决的根本办法是在接缝处设置传力杆以提高接缝的荷载传递能力.该文对水泥混凝土路面横向缩缝设置传力杆的必要性进行了阐述,同时对传力杆/混凝土接触界面应力集中和传力杆锈蚀两大主要影响传力杆与路面功能的问题进行了分析,并且介绍了传力杆更换与加装技术.基于以上研究,最后对现行水泥混凝土路面设计规范中传力杆相关条文存在的问题进行了分析,并提出了修改与补充建议.     

DBI技术在汕汾高速公路的应用

DBI是Dowel-barinserter的缩写 ,意为“传力杆自动置放机”。汕汾高速公路在水泥混凝土路面施工中应用DBI技术施工全缩缝传力杆 ,总结介绍了DBI技术在实际操作中应注意的事项。实践表明 ,使用DBI技术施工全缩缝传力杆具有速度快、质量好、成本低等特点