列车荷载下考虑道床裂纹的无砟轨道受力特性

为研究道床裂纹对无砟轨道受力的影响,根据道床裂纹的特点,基于线弹性断裂力学理论,构造20节点六面体奇异等参单元反映裂纹尖端奇异,建立含裂纹的无砟轨道空间有限元模型,分析无砟轨道的受力特性.结果表明:道床裂纹对钢轨和道床板垂向位移影响较小,对道床板中上部混凝土及钢筋受力的影响不明显,道床下层钢筋应力在裂纹处发生突变,静态和动态裂纹宽度基本相同;对于道床底面60 mm等深裂纹,在列车荷载作用下,裂纹处钢筋应力增大为未开裂时的2倍左右,裂纹张开0.017 mm.     

道床板钢筋锈蚀的细观力学影响

为探究钢筋锈蚀对双块式无砟轨道道床板混凝土的影响,建立了道床板混凝土细观尺度力学模型,研究了钢筋锈蚀时不同钢筋直径、间距、保护层厚度的道床板受力性能及损伤破坏模式,分析了列车荷载和温度荷载对锈胀钢筋混凝土道床板力学性能的影响. 研究结果表明:钢筋锈蚀引起的道床板开裂模式主要与钢筋保护层厚度有关,与钢筋直径和间距关系小;道床板内部裂缝贯通时的锈胀位移随着钢筋间距的增大而增大,当保护层厚度为60 mm,钢筋间距为120 mm时,61.2 μm的钢筋锈胀位移就会引起道床板内部裂缝贯通;列车荷载对锈蚀后的道床板损伤影响小,且会使道床板受力趋于均匀;整体降温30 ℃和负温度梯度荷载均会使锈胀道床板拉伸损伤进一步明显增大,在道床板水平及垂向产生贯通裂缝;整体升温30 ℃和正温度梯度荷载作用对锈胀道床板损伤影响小.      

连续配筋混凝土路面早期裂缝

为了准确计算连续配筋混凝土路面早期裂缝的分布和发展规律,基于钢筋混凝土间粘结滑移的非线性本构关系,采用接触理论,建立了连续配筋混凝土路面在温度变化和混凝土干缩情况下的有限元刚度方程,得出了计算早期裂缝宽度和裂缝间距的有限元解。研究了混凝土抗拉强度、弹性模量的变化、施工季节、配筋率和钢筋直径等因素对连续配筋混凝土路面早期裂缝的影响。计算结果表明:混凝土抗拉强度与弹性模量随龄期的变化对连续配筋混凝土路面的早期裂缝在浇筑完成后28d内影响显著,随着龄期的增加逐渐趋于稳定,配筋率和配筋方式对早期裂缝的影响较大,为控制早期裂缝的发展,采用小直径多根数的配筋方式较为合理,且最好在秋季施工。     

连续道床板拉伸开裂模型试验研究

为验证连续式无砟轨道温度裂缝型式和温度力荷载取值方法的正确性,针对目前高速铁路上普遍采用的连续道床板及底座板结构,考虑混凝土标号、配筋率及钢筋直径等影响连续无砟轨道设计的关键因素,设计了450 mm×80 mm×80 mm、中心配置直径10 mm带肋钢筋的混凝土构件,利用万能试验机进行张拉,模拟了连续道床板降温时的裂缝开展过程,测试了构件开裂前后的轴力及应力重分布情况.测试结果表明,张拉过程中,裂缝呈现出不稳定和稳定两种状态;裂缝出现后,钢筋与混凝土应力分布不均匀,裂缝位置处的钢筋应力增加至300 MPa以上;构件在全断面开裂后轴力会突然降低,开裂前后瞬间的轴力超过或达到了混凝土开裂轴力.对于采用C40混凝土的连续道床板,为保证结构的安全使用,应配置0.9%以上的钢筋使之满足强度要求,并将裂缝控制为不稳定裂缝状态,作为设计荷载之一的最大温度力荷载建议采用开裂后的轴力进行计算.      

复合式路面疲劳裂纹扩展数值模拟研究

基于虚拟裂纹闭合法(VCCT)以及广义Paris公式,对隧道复合式路面的疲劳裂纹扩展寿命进行研究.首先对现有的虚拟裂纹闭合法进行改进,编写出能够模拟复合式路面疲劳裂纹扩展的子程序UEL;采用有限元软件Abaqus对子程序UEL进行调用,计算出路面结构的能量释放率以及应力强度因子,结合广义Paris公式求得其疲劳裂纹扩展寿命.改进的虚拟裂纹闭合法能以一个模型计算出多种裂纹长度对应的能量释放率,很大程度上降低了计算代价;数值模拟结果表明:Ⅰ型应力强度因子KⅠ随着裂纹扩展长度的增加而增大;Ⅱ型应力强度因子KⅡ随着裂纹长度增加先呈递减趋势,然后递增;有效应力强度因子K eff与Ⅱ型应力强度因子KⅡ的变化规律大致相同.还利用改进后的虚拟裂纹闭合法研究了上下面层模量、混凝土层模量以及超载对疲劳裂纹扩展寿命的影响.结果表明:超载系数的增大会使复合式路面的疲劳裂纹扩展寿命显著降低;疲劳裂纹扩展寿命会随着上下面层模量的增大而递增,并与上下面层模量呈近似线性关系;疲劳裂纹扩展寿命也会随着混凝土层模量的增大而递增,但递增速率会逐渐变缓.对路面疲劳寿命影响大小的次序为:超载系数>混凝土模量>下面层模量>上面层模量.研究结果对复合式路面的结构设计具有一定的参考价值.     

严寒地区连续式道床板裂缝性能的理论推算

为了研究严寒地区连续式道床板的裂缝性能及其影响因素,基于严寒地区连续式道床板的实际工作状态,修正了前人关于连续式道床板裂缝计算的假设条件和力学模型,并通过理论推算和试验验证提出了不同工况的连续式道床板裂缝性能计算方法,总结了连续式道床板的开裂规律及其裂缝性能随温度变化的发展趋势. 研究结果表明:连续式道床板的裂缝性能与温降幅值和相邻裂缝间距密切相关,连续式道床板在温降5 ℃左右将产生集中批量式的首次开裂现象,道床板的固定区长度随着温降幅值的增大将随即降低至0,道床板的二次开裂则以单一零星的方式呈现,且相邻裂缝间距越小,其间道床板二次开裂对应的温降幅值越大,试验表明相邻裂缝间距小于3.25 m时,其间道床板在温降幅值小于37 ℃的地区将不会产生二次开裂现象;单一裂缝的产生仅对其左右滑动区范围内轨道结构力学性能有影响,若新老裂缝的滑动区部分相重叠,则新裂缝的产生将引起相邻既有裂缝钢筋应力和裂缝宽度幅值的突降.      

混凝土相场断裂模拟——影响裂纹宽度的因素

混凝土的断裂特性对工程安全起着关键作用。相场断裂法能方便地模拟出裂纹的动态扩展过程,利用UEL和UMAT子程序,实现混凝土相场断裂的Abaqus二次开发,分析了单元尺寸和长度尺度参数对三点弯曲混凝土梁裂纹扩展宽度的影响。研究结果表明：当单元尺寸足够小时,裂纹宽度将不再受单元尺寸的影响,裂纹宽度随长度尺度参数减小而减小。     

钢筋混凝土界面疲劳裂纹扩展模拟研究

界面脱粘是钢筋混凝土材料与结构的主要失效形式之一。基于剪切筒模型和常用疲劳加载方式，首先建立了循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力的计算模型；然后根据断裂脱粘准则，借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式，得到了脱粘界面疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及脱粘界面上摩擦系数与循环加载次数的关系；最后对处于循环荷载作用下的钢筋与混凝土界面进行裂纹扩展的模拟计算与分析。结果表明。摩擦系数的衰减程度是影响界面脱粘应力大小及裂纹扩展快慢的主要因素，而且材料的尺寸效应对界面疲劳特性的影响也不容忽视。     

Ⅰ型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究

运用FRANC2D/L软件分别对6.35 mm和2 mm两种厚度Arcan试件的Ⅰ型裂纹稳定扩展进行数值计算,研究了该软件的网格划分技术对计算结果的影响,发现该软件的计算精度主要受裂纹区的网格密度影响（当裂纹面单元与裂纹每步扩展单元尺寸一致时,计算精度好）.通过分析有效应力,研究了材料、裂纹扩展长度及试件厚度对裂纹尖端塑性区尺寸的影响.研究结果表明,材料的屈服应力越大,其裂尖塑性区尺寸越小;塑性区尺寸随裂纹扩展长度的增加,先增大后趋于不变;塑性区的形状与板厚或边界有关,6.35 mm厚的母材及3种焊接板材塑性区成扩散型,2 mm厚的母材成Dugdale模型,25.4 mm以上厚度母材成平面应变模型;裂纹启裂时,塑性区随着厚度的增加而减小,最终不变.     

GFRP筋混凝土梁抗剪承载力影响因素

为深入研究玻璃纤维(GFRP)筋混凝土梁的抗剪性能,通过57根混凝土梁的试验,对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响因素进行了研究.重点分析了箍筋和剪跨比对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响;在配筋率、几何尺寸、混凝土强度和剪跨比相同的条件下,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁的抗剪承载力进行对比分析,探讨了GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数与剪跨比的关系.结果表明:箍筋能使GFRP筋混凝土梁的初裂抗剪强度提高7.4%~30.0%;GFRP筋混凝土梁达到极限承载力时,箍筋的最大应力远小于其抗拉强度,验明了有效应变控制抗剪能力的正确性;随剪跨比减小,GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力先增大,后减小;GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数随剪跨比减小而增大.     

钢筋混凝土整体式空心板桥的开裂机理和性能评估方法

研究了整体式空心板桥在服役过程中的裂缝和性能评估方法.通过ANSYS软件建立精细空间实体模型,分析了设计荷载作用下整体式空心板桥开裂的机理;在弹性分析的基础上,考虑材料非线性的影响,对荷载试验的结果进行评估,并与刚接板法和弹性有限元分析结果进行比较;引入钢筋的锈蚀模型,对整体式空心板的时变极限承载力进行分析.研究结果表...     

少筋混凝土梁三点弯曲断裂过程的数值模型

基于少筋混凝土结构的破坏原理,提出了混凝土裂纹处存在钢筋的力学分析模型,把钢筋对混凝土的作用力假想为一对集中力,钢筋位于混凝土弹性区时,认为钢筋与混凝土连为一体;当钢筋与混凝土裂纹相遇时,考虑钢筋与混凝土之间存在脱粘的部分段。同时根据直线形的混凝土拉应变软化曲线,在过程区各节点上设置无体积、无长度的虚拟弹簧,对少筋混凝土三点弯曲试件的断裂过程进行有限元数值分析。模拟了不同配筋率下少筋混凝土三点弯曲试件起裂、扩展、破坏的全过程,计算结果显示:配筋率对裂缝扩展有很大影响。     

预应力混凝土空心板冬季施工裂纹产生与防范

在预应力空心板冬季施工"蒸养"过程中,混凝土初期养护管理、升降温梯度、板梁上下散热速度差以及大梁内是否配置防裂钢筋等都将对大梁的浇注质量产生影响,本文以沈环线新革大桥为例,对空心板的"蒸养"裂纹作了详细分析,提出了相应的防范措施。     

预应力混凝土箱梁“蒸养”裂纹的成因及预防措施

京承高速滦河特大桥在预应力箱梁冬季“蒸养”过程中,因混凝土内外温差、梁体顶板与底板收缩不一致和养护时降温梯度过大等原因,产生裂纹,采用加强混凝土梁的养护管理、蒸汽养护时适当增加大梁内的抗裂钢筋和严格控制升降温梯度等措施,有效解决了该问题.     

钢筋混凝土结构锈胀裂缝的计算机模拟

根据钢筋混凝土锈胀动力学原理,推导出锈蚀钢筋周围混凝土锈胀位移场的表达式。并用基于虚拟裂缝模型（ＦＭ）的非线性有限元方法,建立了钢筋混凝土结构的锈胀裂缝开裂过程的分析模型,利用编制的程序,对钢筋混凝土构件的锈裂过程进行了计算机模拟,结果表明,该模型为获得了锈胀开裂条件以及锈蚀量与锈胀裂缝宽度之间的定量关系提供了可能。     

连续箱梁跨中合龙段箱梁顶板纵向裂缝分析研究

针对某桥预应力混凝土连续箱梁中跨合龙段顶板出现的纵向裂缝,根据现场检查资料并采用空间有限元分析方法进行了研究。研究结果表明,产生混凝土顶板纵向裂缝的主要原因是设计上对箱梁温度梯度和车辆轮载作用考虑不足,导致箱梁顶板产生的混凝土横向正应力超过其抗拉标准强所致。     

预应力混凝土空心板裂缝分析与防治

结合工程实践,对予应力混凝土空心板产生裂缝的原因进行了分析,并提出了工程防治措施。     

碎石化技术原理在高速公路大修工程中的应用

碎石化技术的原理就是采用特定的设备将旧水泥混凝土面板破碎成尺寸极小的碎石块,相当于将旧水泥混凝土板转化成碎石基层,从根本上阻止旧水泥混凝土板的移动,因而该技术可彻底解决反射裂缝这一难题。     

水泥砼路面断板原因分析及其防治

从路基施工前准备、路基施工、路面施工等方面分析了水泥砼路面断板的原因及其防治方法。