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.     

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。     

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。     

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...     

传力杆连接道面板间荷载传递的数值模拟

描述了传力杆连接刚性道面的二维有元模型，所有构件均模式化为连续要素，不采用板，梁或伸臂梁，因此，没有人为的刚度不得不处理。介绍了基于传力杆荷载传递的接缝效率定义，结果描述了传力杆两边的界面条件，板和基础变化对其影响的证据，也研究了传力杆与接缝性能不相称的影响，发现用剪切荷载表示的接缝效率反映了接缝性能的退化及界面条件的伴随变化和传力杆的不当设置，用位移表示的接缝效率不能反映所考虑的各种因素的区别。     

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。     

轮载及温度梯度下路面传力杆性能研究

传统试验或理论计算以接缝两侧板的弯沉比作为载荷传递效率,得到单根杆传递的最大载荷,该文通过仿真手段直接提取传力杆传递载荷,发现用弯沉比表示载荷传递效率明显偏大,结合接缝两侧板的弯沉比、杆周围混凝土的最大拉压应力,得到轮载和路面层温度梯度下传力杆的性能表现。以此对传力杆的半径、长度、模量等传力杆设计考量因素提出改善意见。     

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。     

装配式水泥混凝土路面板破坏防治研究

为探究装配式水泥混凝土路面板破坏机理和预防措施,文中分析装配式水泥混凝土路面破坏机理,试配水泥混凝土预制面板混合料配合比,分析装配式路面的面层、基层破坏防治及面板吊装、拼装工艺要点,总结比较了3种不同的板间传力构造方式,重点推荐了板间传力杆系统,并总结提出传力杆系统的关键应用技术。     

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,     

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。     

机场复合道面基层裂缝的断裂力学分析

为了研究基层裂缝对机场复合道面结构的影响,建立了考虑基层裂缝的机场复合道面结构数值计算模型。采用弹性断裂力学理论,利用有限元软件Abaqus分析了不同基层裂缝宽度在对称荷载和非对称荷载作用下对机场道面结构应力的影响,并对混凝土板基层设传力杆与不设传力杆的两种计算模型进行了对比分析。研究结果表明:当不设传力杆时,在对称荷载作用下,基层裂缝宽度对道面应力的影响较小;非对称荷载作用下裂缝宽度对道面结构的影响较大,且A型荷载较B型荷载影响要大。不论对称荷载还是非对称荷载,设传力杆可削弱对机场道面结构的损坏。在裂缝宽度相同的情况下,非对称荷载作用下设传力杆效果比对称荷载作用效果要好,且非对称B型荷载比非对称A型荷载作用效果要好。裂缝宽度越小,传力杆作用越大。     

考虑传力杆位置偏差的刚性路面接缝传荷预估模型

针对刚性路面传力杆空间位置偏差问题,建立了Winkler地基上考虑层间接触状况的等平面尺寸双层路面结构模型,计算了传力杆位置偏差(水平偏角、竖直偏角和埋深偏差)对接缝传荷能力的影响,并通过三元非线性回归构建了接缝传荷能力预估模型,提出了模型的荷载修正系数η1并推荐了其取值范围.经FWD实测弯沉传荷系数的验证,修正后的预估模型较好地反映了位置偏差传力杆刚性路面的接缝传荷能力.传力杆水平偏角对弯沉传荷系数影响较小,随着竖直偏角的增大,传荷系数呈线性较小,水平偏离15°时,传荷系数降低约12％.传力杆布置于面层中部时,传荷能力最大,埋设位置偏上或偏下都将引起传荷系数的下降,偏下2 cm时降幅可达10％.     

高速铁路下承式钢桁结合梁桥桥面荷载传力途径研究

为了明确下承式钢桁结合梁桥密布横梁与混凝土板组合桥面系在桥面荷载作用下的传力途径,以一座96 m跨径的高速铁路桥梁为例,采用解析法研究桥面荷载传递的主要影响因素,包括横梁间距与混凝土板宽度之比,大横梁(节点横梁)与小横梁(节间横梁)的竖向刚度比,横梁与混凝土板的竖向刚度比,以及这些因素对传力比的影响程度.结果表明:大横梁与小横梁的竖向刚度比只影响大横梁和相邻小横梁之间的荷载分配,且竖向刚度比值不宜大于5.0;横梁间距与混凝土板宽度之比宜为0.1～0.3.根据研究结果,推导了传力途径的传力比和各横梁传力比的简化计算公式.     

三跨钢-混混合连续梁桥结合段传力性能研究

G318国道长桥大桥主桥为三跨钢—混混合连续梁航道桥,该桥钢—混结合段在预应力混凝土箱梁侧预埋钢接头与钢箱梁焊接.为研究该桥钢—混结合段传力性能,采用有限元软件MIDAS FEA建立钢—混结合段有限元模型,对结合面钢箱梁侧腹板、结合部分混凝土及预埋钢板顶底面、钢接头部位进行应力分析.分析结果表明:该桥钢—混结合面钢箱梁侧腹板处于较好的工作状态;钢—混结合部分传力性能良好;钢—混结合部分传力机理为当弯矩荷载传递到钢垫板时,荷载主要由预埋钢接头的上、下缘承担,然后荷载通过钢板传递到混凝土,钢接头中的PBL开孔板及钢横隔板传力作用不明显.     

大跨度网状吊杆拱桥拱-梁节点局部应力分析

为明确大跨度网状吊杆拱桥拱-梁节点处的板件传力特点,以主跨420 m网状吊杆钢箱梁拱桥——济南齐鲁黄河大桥为背景,建立全桥板壳-杆系混合有限元模型,分析不同荷载工况下拱-梁节点板件的受力特性,以及拱肋轴力在拱-梁节点的传力机理.结果 表明:该桥拱-梁节点各板件受力主要由恒载控制,活载响应约占总荷载响应的10％;系梁横桥...     

大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段模型试验

为研究大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段的受力性能与传力机理,以重庆鹅公岩轨道专用桥为研究背景,设计相似比为1：3的钢-混结合段缩尺试验模型,采用自平衡加载方法施加轴向试验荷载,测试模型的应力与滑移情况,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模拟方法的正确性;而后利用有限元分析结果,得到钢-混结合段在轴向荷载作用下的传力机理。研究结果表明：在试验荷载作用下,试验模型各构件的应力水平均随荷载增大呈线性趋势增长,结构整体处于弹性工作状态;结合段开孔钢板与填充混凝土之间的相对滑移量较小,最大相对滑移量仅为4.2 μm,钢-混之间的协同受力状态良好;轴向荷载首先通过结合段开孔钢板端部的面内承压作用传递至钢梁,之后PBL连接件与栓钉连接件进一步将轴力传递至钢梁,最后通过承压板的面外承压作用将剩余轴力全部传递至钢梁;其中,承压板为主要传力构件,传递61.1%的轴力,剪力连接件与开孔钢板端部传力比例分别为17.0%与21.9%,开孔钢板端部的传力作用不可忽略。研究结果可为后续类似结构的研究与设计提供参考。     

铁路箱形混合梁斜拉桥钢-混结合段有限元分析

为研究铁路钢箱混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力特征及传力机理,以宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥钢-混结合段的三维有限元模型,分析钢-混结合段中钢壳体和混凝土的受力及轴力分配比例。结果表明:在计算荷载作用下,结构纵向受力板件均处于受压状态,应力水平较低;除承压板处发生突变外,其他部位变化平缓;混凝土各截面应力水平较低,截面发生一定的面外变形;承压板传力作用较大,结合段54%的轴力通过其传递,其余轴力通过PBL键和剪力钉传递;剪力键轴力传递比例呈两头大、中间小的马鞍形分布。