基于力学分析的隧道复合式路面设计指标

基于ABAQUS三维有限元分析方法,构建了矩形荷载作用下的隧道复合式路面力学分析模型,计算了不同沥青层厚度、沥青层模量、水泥混凝土层厚度、基岩模量、荷载大小以及层间接触状况等参数下的复合式路面结构响应,分析了复合式路面结构组合、材料性质与荷载参数对复合式路面力学特征的影响,提出了隧道复合式路面设计关键控制指标,以期为复合式路面结构设计提供理论依据。     

沉管隧道复合式路面结构设计指标研究

文章针对沉管隧道复合式路面既有设计指标存在的不足,建立沉管隧道复合式路面结构三维有限元模型,建立并分析层间剪切指标、管节接缝位置拉应力指标的适用性.结果表明:沉管隧道复合式路面结构设计中需对管节及节段接缝处进行专门处治,严格控制轴向位移影响,并采用管节接缝位置沥青层拉应力指标进行结构验算.     

AC＋RCC复合式路面研究

采用有限层元和三维等以元复合有限元方法对沥青混凝土与碾压混凝土复合式路面进行了荷载应力，温度翘曲应力分析，系统研究了沥青层厚对复合式路面中碾压混凝土板的荷载应力，温度梯度和疲劳寿命的影响，提出考虑荷载和温度综合作用的碾压混凝土疲劳并指出复合式路面的设计要点。     

地下道路复合式路面结构力学分析

通过对地下道路复合式路面结构的分析,建立了地下道路沥青砼面层（AC）＋连续配筋砼基层（CRC）复合式路面的有限元分析模型,分别对路表回弹弯沉、沥青层底面弯拉应变（力）、沥青层内及沥青层底最大剪应力、CRC层底荷载应力、路基顶面压应变等力学指标进行分析,进而提出了最佳的复合式路面结构层厚度,使地下复合式路面能更好地适应其使用场所。     

移动非均布荷载作用下的沥青混凝土路面动力响应分析

为更准确地模拟沥青混凝土路面实际的受力状态,基于弹性层状理论,借助大型有限元分析软件ANSYS建立了沥青混凝土路面三维有限元黏弹性模型,并对其施加非均布垂直荷载和切向摩擦行为的共同影响,分析车辆在匀速行驶时,沥青混凝土路面在不同载重车辆荷载作用下的动力响应.结果表明,最大纵向拉应力位于底基层中部,最大纵向压应力位于沥青混凝土面层.存在一中性层,其上结构主要承受压应力,其下结构主要承受拉应力.中性层位于基层中部附近.最大拉应力为0.031 MPa,远小于容许拉应力0.081 MPa,故路面结构破坏不是脆性破坏引起的,而是与疲劳破坏有很大关系.超载并不是造成路面损坏的唯一因素.     

隧道内复合式路面沥青层混合料剪应力设计方法研究

针对当前高速公路隧道复合式路面沥青层混合料设计方法存在的不足,根据隧道交通及复合式路面的受力特点,首次提出了隧道复合式路面沥青层混合料的剪应力设计方法,并结合实际工程提供了设计示例,供同行参考应用。     

连续配筋砼基层沥青面层复合式路面结构沥青层应力分析研究

本文从理论上分析了连续配筋砼基层沥青面层复合式路面的沥青面层的最大拉应力和最大剪应力的分布情况,同时分析了各参数对最大拉应力和最大剪应力的影响,从而对连续配筋砼基层沥青面层复合式路面结的沥青面层混合料类型及路用性能提出了有益的建议。     

AC＋CRC复合式路面温度应力的有限元分析

基于传热学基本原理,采用有限元软件ABAQUS,建立了温度荷载作用下AC＋CRC复合式路面结构三维有限元模型,探讨了横向裂缝间距、AC层厚度及模量、CRC板厚度及模量、配筋率等路面结构参数对复合式路面结构温度翘曲应力的影响规律。分析结构表明,温度荷载下横向应力接近主应力,应予以重点考虑。路面板宽度、厚度及温度梯度与板内最大主应力关系密切,配筋率、粘结刚度系数对纵向拉应力影响也较大。研究结果可为AC＋CRC复合式路面结构设计提供一定的理论依据。     

层间界面条件变化对半刚性基层沥青路面结构性能的影响

针对半刚性基层排水性能较差的特点,若渗入沥青层的水分不能从基层迅速排走,将会滞留在基层表面,软化基层表面,在车辆荷载的作用下形成泥浆,使沥青层与基层之间的界面条件从连续状态变为滑动状态或者是半连续半滑动状态。本文采用弹性层状体系理论计算分析了层间接触状况发生变化时,路面结构的力学响应及弯沉的变化情况。结果表明：当界面条件从连续状态变为滑动状态的过程中,荷载中心处的面层层底应力逐渐由压应力变为拉应力,路表弯沉逐渐增大,极易引起路面结构开裂破坏。     

不同降温速率下两种应力吸收层对复合式路面的适用性

大量研究表明,在水泥混凝土基层上加铺沥青混凝土面层修筑的复合式路面,可以克服水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的缺点,集两种路面结构的优点。但根据美国俄亥俄州交通厅对已建成CC-AC复合式路面的复合式病害调查结果显示,复合式路面易产生的病害为反射裂缝。国外相关研究表明,采用应力吸收层技术可以解决此问题。基于有限元分析软件ANSYS,建立了复合式路面结构的三维模型,分别采用ISAC应力吸收层及低模量沥青混凝土应力吸收层两种应力吸收层,对不同初始温度复合式路面在不同降温速度下产生的温度应力进行了仿真分析,得出低模量沥青混凝土应力吸收层在防止放射裂缝方面要优于ISAC应力吸收层。     

长大纵坡路面路用性能评定标准研究

为了分析长大纵坡沥青路面路用性能不同于常规路面的特点,通过全厚式车辙板试验及对其动稳定度指标的讨论、层间直剪试验分析层间容许剪应力、复合式小梁进行小梁弯曲试验对路面抗弯拉强度以及破坏指标进行分析,提出了以动稳定度评价高温稳定性,以路面层间容许剪应力评价抗剪性能,以破坏应变控制低温抗裂性能的具体指标。可做为设计与施工的指导。     

沥青混合料燃烧试验研究

通过马歇尔试件燃烧试验和模型隧道中沥青混凝土路面燃烧试验,分别对沥青混合料受火源直接影响以及高温环境中的炙烤影响进行分析研究,并提出了隧道中沥青混凝土路面的面层防火最小设计厚度建议。     

路基回弹模量对沥青路面结构受力的影响

针对不同的路基回弹模量,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了路表弯沉、面层内剪应力与压应力、基层底拉应力等沥青路面结构受力参数伴随路基回弹模量变化的趋势。分析结果表明:路基回弹模量对路表弯沉和基层底拉应力影响比较大,对面层剪应力和压应力影响较小,较高的路基回弹模量可有效提高路面的结构承载力和疲劳寿命,改善路面使用性能。     

基于灰靶理论的隧道路面结构类型选择

为了选择适合于隧道工作环境与交通条件的路面结构类型,提高隧道路面的使用性能延长使用寿命,在广泛调研的基础上,采用灰靶理论从整体刚度、耐久性、平整度、抗滑性能、耐磨性能、修复与重建难度6个方面系统地比较了水泥混凝土与沥青混凝土两种常用的路面结构类型在隧道内的适用性。分析结果表明,采用灰靶理论评判模型选择隧道路面结构类型在一定程度上克服了选择过程的主观因素,使隧道路面的选择结果更具有客观性;在隧道内特殊的工作环境与交通条件下沥青路面的性能更加优越,具有更好的适用性,能提高隧道路面抗滑性能,降低噪音,改善行车舒适性,维修、养护简便,保证隧道营运通畅,为实体工程路面结构类型选择提供依据。     

刻槽技术在高速公路隧道水泥混凝土路面中的应用

随着高速公路中隧道数量的增加,隧道的安全性成了主要问题。而隧道路面的抗滑能力是影响隧道使用安全与品质的主要指标之一。本文针对影响隧道水泥混凝土路面抗滑性能的几种因素:隧道路面结构与材料、抗滑构造、路表污染、交通荷载等几种因素,提出了采用刻槽技术对隧道水泥混凝土路面进行抗滑性能改善。针对刻槽技术在隧道内的应用,提出了刻槽参数的最佳合理组合,刻槽最佳时间以及施工要点,从而为刻槽技术在隧道路面当中的应用提供依据。     

连拱隧道下穿既有高速公路管幕法施工技术研究

新建隧道下穿城市既有道路,当埋深较浅时上部道路很容易因沉降过大而导致路面结构开裂,甚至破坏等问题,因此研究隧道的施工技术是非常必要的。以西安市开元路至建元路下穿通道项目为依托,在连拱隧道施工过程中采用有限元软件模拟管幕法支护对隧道结构、围岩稳定性及上部道路路面沉降的影响。主要结论如下：（1）新建连拱隧道围岩竖向最大位移为7.4mm,满足规范要求,隧道结构安全可靠;（2）采用管幕法施工时,路面沉降最大值仅为4.39mm,说明管幕法开挖连拱隧道下穿既有城市道路是可行的;（3）采用管幕法施工隧道二衬最小安全系数为2.05,大于规范最小安全系数,衬砌结构安全可靠。综上可见,采用管幕法作为超前支护措施,连拱隧道下穿既有城市道路对上部路面影响较小,施工安全风险较低。     

考虑路面防结冰的城市隧道路面下热管敷设方案研究

针对利用隧道结构提取浅层地热能用以路面防结冰的系统,基于隧道敞开段结构特点提出隧道下路面埋管的总体敷设方案。在总体方案的基础上,通过建立道路下埋管数值模型,分析了路面埋管总体换热特点以及埋管间距对路面埋管换热性能的影响。结果表明：1)路面下换热管宜敷设在混凝土铺装层中,并采用单U型平行坡面布设；2)在一定范围内,相邻U型管间距是影响路面埋管防结冰系统效果的主要因素,进出水口间距变化对埋管防结冰系统运行效果影响并不明显。最后分析得到了本研究依托工程最佳性价比的埋管敷设方案,给类似工程应用提供了思路。     

沉管隧道沥青路面服役现状及病害分析

为解决我国沉管隧道沥青路面实践经验缺乏等问题，以文献查阅、交流问询、实地观察和现场检测相结合的方式，对港珠澳大桥海底隧道、韩国釜山海底隧道等国内外12座沉管隧道沥青路面服役现状进行调研，对病害原因进行分析。结果表明： 1）沉管隧道沥青路面车辙病害并不突出，路面最低温度比区域自然环境最低气温高约6 ℃，最高温度与区域自然环境最高气温相当，服役温度通常不超过40 ℃； 2）裂缝是沉管隧道沥青路面最为典型的病害之一，沉管隧道管节和节段接缝处是沥青路面受力的薄弱环节，易开裂破损； 3）存在路面平整度较差、抗滑性能衰减突出、隧道口易形成坑槽病害等问题； 4）对于新建沉管隧道，宜根据隧道结构条件、环境条件和交通条件进行力学分析，对节段和管节接缝处沥青路面进行细部设计； 5）对于沉管隧道上面层沥青混合料，宜采用较大公称粒径的SMA以及耐磨性能更优的集料； 6）对于隧道口上面层沥青混合料，应具有良好的抗水侵害能力。     

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。     

面层模量对重载交通沥青路面受力特性及使用寿命的影响分析

面层模量是路面设计的重要力学参数,它的取值将直接影响到路面结构的设计结果及受力特性。应用路面计算程序,系统分析面层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力以及路面结构疲劳寿命的影响,并阐述其影响规律。结果表明,面层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性及使用寿命具有显著的影响,提高面层模量值将增大面层应力,显著减小路表弯沉值、基层及底基层层底拉应力,进而提高路面的疲劳寿命。