Winkler地基上机场刚性道面接缝传荷能力评价模型

基于Winkler地基模型,应用ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面三维有限元分析模型.应用该模型,针对不同地基强度上的典型道面结构,分析了重型落锤式弯沉仪(HWD)承载板、单轴双轮和双轴双轮三种荷载形式作用在接缝一侧板...     

连续配筋水泥混凝土路面裂缝传荷系数三维有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用梁单元模拟纵向钢筋,根据Timoshenko梁理论,确定支撑反力的作用长度。采用三向弹簧单元模拟钢筋和混凝土界面联结,竖向(z方向)弹簧单元模拟混凝土对钢筋的支撑;刚度分配按照"贡献面积"的原则,通过在相邻混凝土面层板侧面对应结点设置三向弹簧单元,模拟集料嵌锁的传荷作用;建立并验证考虑裂缝传荷系数的CRCP三维有限元模型。利用该模型分析标准轮载作用下路面结构参数对混凝土面层板在裂缝附近的力学响应和裂缝传荷系数的影响。结果表明,增大混凝土板厚度,板边应力和裂缝传荷系数均明显减小;增大基层厚度和土基强度,板边应力和裂缝传荷系数略有减小;增大裂缝刚度,可提高裂缝的传荷系数,减小裂缝处混凝土面层板的受力。     

镐头机拆除刚性道面动力损伤分析

为合理确定刚性道面的拆除工艺参数,采用ABAQUS软件,建立了刚性道面的实体有限元模型,对镐头机钎杆半正弦波冲击荷载作用初期刚性道面的动态响应进行了模拟,系统分析了镐头机荷载参数和道面结构参数对刚性道面竖向位移和板底拉应力响应的影响规律.模拟结果表明:镐头机冲击荷载的大小及其作用位置对刚性道面动态响应有显著影响;板底最大拉应力受面层厚度影响较大,而道面竖向位移对面层厚度变化不敏感.在算例条件下,当接缝传荷能力小于80%时,结构动态响应才发生显著变化;为减小对保留板的动力损伤,拆除板板边30 cm范围内不宜使用镐头机拆除.      

机场水泥道面切缝倒角应力分析

为比较机场刚性道面切缝槽口不同倒角形状对减小应力集中的效果,评估倒角工艺对道面功能性能的影响,运用ANSYS分析软件建立道面板切缝位置有限元模型,在道面接缝节点间分别设梁单元和弹簧单元模拟接缝传荷作用,以Boeing777作为荷载机型,对6种不同倒角形式切缝边缘位置的荷载应力和温度应力进行对比分析,并通过现场试验对道面的平整度和摩擦系数进行测试。分析结果表明:各种切缝形式均能明显改善切缝位置的应力状况,距离切缝愈近位置,改善程度愈明显,不同切缝形式对减小应力集中的程度相差较大,其中半径为6mm的圆弧倒角效果最佳;各种切缝构造对道面平整度和摩擦系数的影响较小,均满足技术要求。     

基于粗糙集的传力杆接缝水泥道面力学响应影响因素分析

为明晰多因素对传力杆接缝形式的水泥道面结构响应的影响以及优化传力杆系统的设置,将传力杆尺寸、布设间距、空间偏移量、混凝土对传力杆的支撑、约束模量等因子的水平以及通过有限元方法计算出的道面板板底应力、接缝应力传荷系数(LTEσ)、传力杆内力等结果的水平离散化,利用粗糙集算法,对影响道面结构响应的诸多因子水平进行约简,计算条件属性对决策属性的重要度以及决策属性对于条件属性值的隶属度。结果表明:传力杆水平偏角对道面板板底最大拉应力影响最为显著,应力水平随偏角增大而提高;应力传荷系数对传力杆竖向偏移最为敏感,且越接近板底,接缝的传荷能力越大;传力杆间距对所有力学响应均有较大影响,过大的间距会导致道面性能不良。     

适应大型飞机的沥青道面结构有限元模型

借助ABAQUS通用有限元软件, 建立了3层道面结构有限元模型, 分析了模型的几何尺寸、边界条件、层间接触条件、单元类型、网格的划分对大型飞机荷载作用下道面结构力学响应的影响, 提出了适应大型飞机的机场沥青道面结构有限元模型参数, 并用实测力学响应数据对模型的有效性进行了验证。研究结果表明: 在大型飞机全起落架荷载作用下, 有限元模型几何尺寸宜为30m×30m×10m, 层间完全连续选用tie连接; 单元类型宜采用C3D8R, 荷载区域的单元大小控制在不大于0.05m×0.05m;模型底部所有位移全部约束, 模型四周约束对应水平方向的位移。实测数据验证结果表明有限元模型有效。     

道基不均匀分布下通用机型轮载对机场道面力学性能影响研究

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用时基顶反应模量变化和道面板厚度对道面板力学性能以及接缝传荷系数的影响,同时基于缩尺试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：对于A320机型,当道基水平不均匀分布时混凝土板弯拉应力增大,基顶反应模量变化率由0%增加至65.46%时,轮载作用于传力杆接缝板边时道面板弯拉应力由4.06 MPa增加至5.73 MPa,超过极限弯拉应力;增加板厚能够有效地提升刚性道面板受力安全时基顶反应模量变化率的取值范围;道面板接缝传荷系数随着基顶反应模量变化率的增加而增大,基顶反应模量变化率从6.84%增加至56.30%时,道面板传荷系数增加2.44%;室内缩尺试验验证了道基不均匀分布对传荷系数的影响规律。在道面板设计时,应充分考虑道基水平方向不均匀分布对道面板力学性能的影响,避免在服役期间过早出现结构破坏。     

嵌锁块路面受力特性与设计方法

为了提高传统路面嵌锁块尺寸与嵌锁块竖向嵌锁能力, 开发了大尺寸企口连接嵌锁块, 分析了其受力特性。以有限元方法建立了嵌锁块路面整体模型, 以弹簧单元模拟嵌锁块间传荷能力, 分析了嵌锁块尺寸、嵌锁块传荷能力、碎石基层厚度与路基强度对路表弯沉和路基顶面竖向压应变的影响。以路基顶面永久应变为控制指标, 建立了路基顶面应变水平与标准累计轴次的关系。计算结果表明: 在相同地基和基层条件下, 嵌锁块尺寸由30cm×20cm增大到50cm×30cm时, 路表弯沉可减小25%~30%, 路基顶面压应变可减小25%~45%。当接缝弹簧弹性系数由102 N·m^-1增加至108 N·m^-1时, 路表弯沉降低50%~55%, 路基顶面压应变降低65%~75%。可见, 采用较大尺寸的嵌锁块与加强嵌锁块的传荷能力对提升路面性能有显著作用, 路面设计时应依据道路的交通水平查图确定路基顶面的压应变水平, 据此确定合理的基层厚度和嵌锁块尺寸, 使路基顶面竖向压应变满足要求。     

空气弹簧系统垂向刚度特性的有限元分析

对空气弹簧系统材料非线性、儿何非线性和状态非线性问题以及气固耦合问题进行了理论分析，得到了在有限元分析中的处理方法．用有限元软件ABAQUS建立了空气弹簧系统有限元模型，其中帘线采用rebar单元．计算了空气弹簧系统的垂向刚度，并分析了气体压力和帘线角对垂向刚度的影响．有限元计算结果表明，空气弹簧系统垂向刚度随气体压力的增加而增加，随帘线角的增大而略减小．     

刚性路面传力杆接缝传荷能力评价新方法

在考虑传力杆松动量的基础上, 建立了重复荷载作用下刚性路面传力杆接缝模型, 提出了以第一传荷状态临界荷载为特征的传荷能力评价指标和方法, 研究了荷载大小、荷载作用位置及传力杆松动量对传力杆接缝传荷能力的影响, 分析了重复荷载作用下弯沉传荷系数指标的适用性, 并与考虑传力杆松动量的接缝传荷能力指标进行了对比研究。发现重复荷载作用下, 接缝两侧的荷载-弯沉关系曲线具有分段线性的特征, 存在多级传荷状态临界荷载, 实测与计算第一传荷状态临界荷载误差仅为4.2%;重复荷载作用4×10⁴次后, 弯沉传荷系数变化范围为57.3%~71.5%, 而考虑传力杆松动量的传荷能力为0~51.9%。结果表明考虑松动量影响的传力杆接缝力学模型是可靠的, 以第一传荷状态临界荷载为特征的传荷能力评价指标和方法, 能够反映刚性路面传力杆接缝的实际传荷状况, 是评价其传荷能力的有效方法。     

水泥混凝土路面常见病害与施工工艺的关系

随着交通事业的快速发展,水泥混凝土路面修筑数量越来越多。然而,已修建的水泥混凝土路面早期出现的啃边、缺角、断板、错台等病害,严重影响到了水泥混凝土路面的使用寿命和道路行车质量,给国家的投资造成了很大浪费。因此,必须研究预防和治理这些病害的施工工艺。     

波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁施工技术

结合三道河中桥工程实例,重点介绍了波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁波纹钢腹板安装,钢腹板间、与顶底板、与横隔板和端横梁的连接以及体外预应力施工等关键技术。实践证明,采用波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁不但能减轻预应力混凝土箱梁的重量,还可实行工厂化生产,达到简化工艺、节约材料用量、降低成本的目的,保证工程施工质量。三道河中桥的建设对于预应力混凝土组合箱梁的推广应用起到了积极促进作用。     

预应力混凝土梁非线性分析单元模型

为了能够准确有效地分析混凝土梁中预应力钢筋的力学性能, 模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋, 提出了一种预应力混凝土梁非线性分析的单元模型。应用有限元理论, 采用全拉格朗日列式的三维杆单元模拟预应力钢筋; 采用实体退化组合壳单元模拟结构; 应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献, 将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部。预应力混凝土T梁的破坏过程模拟结果表明梁的跨中挠度计算结果和试验实测数据吻合, 单元模型有效地反映了预应力束的力学性能。     

加筋结构非节点连接建模中钢筋单元划分方法研究

非节点连接方法为加筋结构提供了筋与混凝土可完全独立的单元建模方案,允许筋单元与混凝土单元交错划分。针对该方法中筋单元跨越多个混凝土单元的情况,分析了钢筋单元与混凝土单元面的交点位置关系及其影响效果,建立了在混凝土单元交界面划分筋单元节点的数学模型,解决了钢筋单元与混凝土单元的位移协调问题,通过算例演示了本文方法的可行性和有效性。     

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。     

无粘结预应力混凝土结构非线性数值分析

基于弹塑性理论,对无粘结预应力混凝土结构的非线性数值分析进行了探讨,分析了结构的材料非线性,并考虑了材料的强化作用和混凝土裂缝等因素。根据无粘结预应力混凝土结构的受力特性,考虑无粘结预应力筋与混凝土的相互作用,建立了有限元计算模型,并基于ANSYS有限元分析系统,对所建立的模型进行了全过程仿真计算,从而达到考察结构性能的目的。     

Fiber concrete under temperature drop load with stochastic FEM

Plain concrete plate and fiber concrete plate subjected to temperature drop load were analyzed on stochastic finite element method （FEM）. It is found that fibers can enhance concrete ability to resist temperature drop load for improving concrete＇s fracture energy and deferring the crack process. It is found for concrete not to improve apparently its tensile strength and fracture energy is recommended to be its appraisal parameter.     

海底隧道大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析

大体积混凝土的温度裂缝与混凝土的温度场和温度应力分布关系密切。重点探讨了应用有限元法求解大体积混凝土温度场和温度应力发展过程的模拟方法。以厦门南港海隧道为例,提出了大体积混凝土温度应力方程,编制了大体积混凝土温度场和温度应力计算程序。研究结果表明,采用有限元可以模拟大体积混凝土在温度场作用下的应力发展过程,计算结果符合混凝土浇筑过程中的温度应力分布规律。     

连续配筋水泥混凝土路面有限元模型探讨

根据连续配筋水泥混凝土路面的力学特性,建立三维有限元模型,对路面板单元的选取、地基尺寸以及钢筋混凝土的粘结-滑移关系进行模拟分析,并运用水泥混凝土路面应力计算程序CP05验证计算结果的可靠性,具有一定的实际意义.     

复合人行道板上人体跌落的动力有限元分析

水泥混凝土道面材料刚度大,人体跌落其上有潜在危险.应用动力有限元程序建立了包括刚柔复合结构以及人体的三维有限元模型,分析了加铺橡胶板材水泥混凝土道面的冲击性能.根据分析模型中各对象的材料特性与分析目的确定材料模型假设,路面结构采用线弹性材料模型、橡胶板材采用Mooney-Rivlin材料模型假定、人体采用双线性硬化材料模型.人体跌落冲击的仿真结果表明人体在与路面冲击碰撞后回弹位移很小,说明材料模型假定及整个仿真分析可以合理地模拟实际的冲击过程.通过冲击时间、人体的冲击加速度及应力的对比,表明在水泥混凝土人行道面上加铺橡胶板材对于保护行人安全有明显作用.