温度场对连续配筋混凝土路面纵向配筋的影响

现行规范对连续配筋混凝土路面(CRCP)进行纵向配筋设计时,对温度场考虑不全面,钢筋埋深处的最大温差未考虑板厚和配筋位置的影响,且温度梯度与材料热力学性质的关系也不明确。针对这些不足,依据"潭耒高速公路"的结构和相关气象数据,以传热学和热弹性力学为基础,用FORTRAN语言定义了热流和外界温度的子程序,用ABAQUS模拟了CRCP的高、低温季节温度场,并用实测温度对计算进行验证,分析了板厚、配筋位置和材料热力学性质对最大温差、温度梯度的影响,计算了最大温差的减小对纵向配筋的影响。主要结论有:温度梯度具有周期性;最大温度梯度随板厚增加而减小;最大温差随钢筋埋置深度的增加而减小,配筋指标随之减小;混凝土热传导率对正温度梯度影响明显。     

荷载、温度耦合作用下水泥混凝土路面板疲劳损伤分析

采用弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,假设面层板与基层受压接触、受拉分离,在荷载与温度梯度共同作用下,采用耦合法计算应力,分析了水泥混凝土路面板纵边中部的疲劳损伤情况,并与叠加法计算结果进行比较。结果表明,正温度梯度下,耦合法计算的损伤值大于叠加法的计算结果,且正温度梯度越大,或水泥路面结构强度越大,差异越明显;负温度梯度下,传统叠加法分析的疲劳损伤值有所高估,但高估的损伤值可忽略不计。     

连续配筋水泥混凝土路面开裂过程及影响因素分析

为了解CRCP路面的开裂过程及影响因素,借助有限元软件ANSYS,对CRCP路面早期及后期的开裂过程进行了分析,并讨论了地基阻力、筋材模量、温差及黏结刚度对CRCP路面开裂行为的影响。结果表明:在水泥混凝土面层铺设初期,裂缝大约在其间距为40 m时稳定;当水泥混凝土板长小于15 m时,地基摩阻力对板中混凝土的应力影响很小;筋材模量越大,筋材约束混凝土变形的能力就越强,最终水泥混凝土的开裂间距越小;温差越大,水泥混凝土路面的开裂速度也越快,但最终水泥混凝土的裂缝间距是趋于一致的;筋材与混凝土间的黏结刚度越大,水泥混凝土路面的开裂速度越快,最终的裂缝间距也越小。     

水泥混凝土路面临界荷位研究

基于Winkler弹性地基模型假设,结合多轴化、重载化的交通运载趋势,考虑不同温度梯度对水泥混凝土路面受力情况的影响,对各种车型位于不同荷载作用位置时的水泥混凝土路面受力状态进行有限元分析,确定不同荷载应力与温度应力耦合作用下水泥混凝土路面的临界荷位,为采用不同设计标准的各种设计方法提出选取临界荷位的合理建议。结果表明,若以板中荷载疲劳应力破坏为设计标准,当水泥混凝土路面处于正温度梯度或零温度梯度时,其临界荷位为车辆载重轴作用于纵缝边缘中部位置;当水泥混凝土路面处于负温度梯度时,临界荷位为车辆相邻两轴作用于同一块路面板的前后两端位置;若以板角挠度破坏为设计标准,无论水泥混凝土路面处于何种温度梯度,临界荷位均为载重轴作用于靠近角隅的板边横缝边缘。     

基于多板协同受力的前嫩公路水泥混凝土路面应力有限元分析

公路水泥混凝土路面板的侧面存在着三边约束、四边约束等多板协同受力情况,为此采用有接缝水泥混凝土路面三维有限元分析程序EverFE构建9块板的有限元验算模型,对前嫩(前锋农场—嫩江)公路嫩江支线一级公路水泥混凝土路面进行多板协同受力条件下的应力分析。结果表明:在多板协同受力时,面层板的最大弯拉应力与协同受力作用的强弱有关。当横缝设置传力杆后,板块之间的协同受力作用增强,横缝中部加载时,最大弯拉应力下降;纵向自由边中部加载时,最大弯拉应力有小幅度增长,验算条件下其增长幅度为1.3%以下。负温度梯度下,最大弯拉应力出现在面层板的表面,小于正温度梯度时的弯拉应力,同时其发生位置与正温度梯度情况不同,在加载板的荷载位置、面层板的中部都可能出现,且可能同时出现在多块板上;协同受力作用越强,其表现愈明显。板中加载时,协同受力强弱对面层板最大弯拉应力的影响较小。在零温度梯度情况下,基层刚度的下降将导致面层板最大弯拉应力的增大,此规律不受板块之间协同受力强弱的影响;非零温度梯度情况下,适当降低基层刚度对减小面层板的最大弯拉应力有利,且正、负温度梯度下的情况均相同。     

美国连续配筋水泥混凝土路面开裂行为控制指标与措施研究综述

美国AASHTO 2002力学经验设计指南和中国JTG D40-2011《公路水泥混凝土路面设计规范》都将连续配筋水泥混凝土路面(简称为CRCP)横向裂缝的开裂间距和横向裂缝处钢筋位置的裂缝宽度同时作为控制指标。然而,国际上对CRCP开裂行为的合理控制指标尚存在争议。该文回顾了20世纪60年代至今美国在CRCP开裂行为控制指标与水泥混凝土材料组成、纵向和横向钢筋的布设和施工条件等对开裂间距及裂缝宽度影响的关键因素方面的研究成果。     

水泥混凝土路面板硬化翘曲时程变化实测分析

通过铺筑足尺水泥混凝土路面,在连续观测混凝土板不同深度早龄期温度场的同时,基于自主开发的竖向变形观测装置观测了端部自由板和内部约束板在整个早龄期的竖向翘曲变形历史。在此基础上推导了基于五测点的等效线性温度梯度计算公式,提出了基于板的翘曲变形时程和温、湿度时程的水泥混凝土路面板硬化翘曲直接量测方法,为硬化翘曲存在形态的试验量测提供了一种新的分析方法。分析表明:端部自由板翘曲变形幅值(-0.3~1 mm)远高于内侧完全约束板的相应位置(-0.2~0.3 mm)。受约束程度、湿度梯度、温度梯度等因素的影响,板的翘曲呈现显著的非对称性。约束稳定区域等效线性温度梯度随龄期逐渐衰减和稳定至1℃/m,自由板边与自由板角等效内嵌温度梯度时变规律多样。水泥混凝土路面板等效内嵌温度梯度主要集中在-25~25℃/m范围内,约占水泥混凝土路面设计所采用温度梯度的25%,不可忽略,但具体幅值需依据具体路面结构、板块尺寸、早龄期温湿度历史以及混凝土材料性能等因素通过计算或现场实测进行评估。     

连续配筋混凝土路面配筋设计及敏感性分析

国内关于连续配筋混凝土路面(CRCP)的结构计算是基于半经验半理论方法,适用性差,配筋指标取值不恰当。文章利用带筋板条的应力场和位移方程,建立了配筋指标的解析计算公式;用有限元方法验证了解析解的合理性;区分了设计参数对配筋指标的敏感性水平,并进行了敏感性排序。文章对最重要的配筋参数进行了具体分析:当温降幅值ΔT由15℃增大到60℃时,横向裂缝宽度bj、钢筋最大应力σs,max和混凝土最大应力σc,max增加了近1倍;混凝土线膨胀系数αc与σc,max、bj密切相关;剪切刚度系数ks增大,bj减小,且ks每增加5 MPa/mm,σs,max和σc,max增大10%。最后,用有效模量Eca考虑了混凝土徐变对CRCP结构计算的影响。上述研究成果可用于道路工程的结构设计和计算。     

连续配筋混凝土路面早期横向开裂分析

结合耒宜高速公路连续配筋混凝土路面(CRCP路面)试验路的调查结果，分析了CRCP路面早期横向开裂的影响因素。结果表明，混凝土的温缩和于缩作用受到钢筋和地基的约束是造成开裂的主要原因。从而为了解CRCP路面的裂缝成因及合理控制裂缝间距、裂缝宽度和钢筋应力提供了参考依据。     

温湿翘曲对连续配筋混凝土路面配筋设计的影响

对连续配筋混凝土路面(CRCP)进行配筋设计时,现行规范和研究将路面板当作均匀板,忽略了相对湿度对混凝土物理力学性质的影响.针对CRCP的结构特点和配筋设计的不足,利用薄板小挠度翘曲理论,推导了非均匀混凝土板湿度翘曲应力的解析公式.根据解析公式和温湿等效原则,计算了湿度梯度对应的等效温度梯度.实测了混凝土板在不同工况条...     

水泥混凝土路面板耦合应力分析

为了准确预估水泥混凝土路面板的疲劳损伤,建立弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,假设面层板与基层受压接触、受拉分离,在荷载与温度梯度共同作用下,采用耦合法分析水泥混凝土路面板纵边中部和板角隅处结构应力变化规律;与采用叠加法计算结果进行比较,结果表明,对于纵边中部荷位,正温度梯度下,水泥混凝土路面板应力耦合法结果大于叠加法结果;对于角隅荷位,负温度梯度下,耦合法结果大于叠加法结果。     

CRCP＋AC复合式路面温度场的有限元分析

在CRCP＋AC复合式路面中,研究CRCP＋AC复合式路面温度场有着非常重要的意义。本文根据传热学基本原理和实测结果,建立了CRCP＋AC复合式路面温度场的有限元模型,该模型能够准确预估各种路面结构的温度场分布情况,为力学分析提供温度参数。     

美国水泥混凝土路面板硬化温度梯度研究进展综述

硬化温度梯度(Built-in Curling)对水泥混凝土路面的使用性能有着显著的影响,而中国的水泥混凝土路面设计规范尚未将其纳入设计之中。为追踪国际上水泥混凝土硬化温度梯度的研究进展,该文系统回顾了近几十年来美国在路面硬化温度场方面的一系列研究,分别介绍了硬化温度场监测、硬化温度梯度对温度应力和刚性路面使用性能的影响,以及美国现行的AASHTO设计指南中对硬化温度梯度的考虑及尚存在的不足。同时讨论中国当前在此领域研究中存在的问题及水泥混凝土路面设计发展的改进方向。     

不同因素下受载混凝土超声特征参数研究

研究了钢筋位置、试件尺寸、内部空洞大小对受载混凝土的超声波参数(波速、主频幅值、非线性系数)的影响，研究结果表明，超声特征参数随应力水平的增加呈现出一定的规律性，并可采用波速与非线性系数来描述混凝土的应力状态。当混凝土中有钢筋存在时，会导致超声波波速、非线性系数增大；但主频幅值由于超声信号能量受到钢筋的削弱作用，因此数据较为离散，没有明显规律。试件的尺寸效应对波速、主频幅值、非线性系数有影响，在同一应力状态水平下，尺寸越小，则超声参数越大。当混凝土试件中存在空洞(缺陷)时，空洞尺寸越大，则超声参数越小。     

连续配筋混凝土路面收缩应力及参数敏感性分析

连续配筋混凝土路面(简称CRCP)受到钢筋和基层的约束,在温降和混凝土干缩作用下产生收缩应力,当收缩应力超过连续配筋混凝土(简称CRC)强度时便会开裂。该文建立了CRCP在温降和干缩作用下的应力分析模型,得到收缩应力表达式及应力沿公路纵向分布,分析混凝土强度、干缩、热膨胀系数、基层摩阻、钢筋与混凝土之间的粘结刚度等参数对CRCP收缩应力影响的敏感性。结果表明:收缩应力在板中最大,裂缝处为0;混凝土强度、干缩、热膨胀系数、基层摩阻、钢筋与混凝土之间的粘结刚度是影响CRCP开裂的关键参数。     

连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷力及其影响因子研究

现有设计规范对连续配筋混凝土路面(CRCP)进行结构计算时,较少关注横向裂缝的传荷力作用,关于其传递机理和影响因子的研究也不充分。文章在某路面结构的基础上,建立了CRCP的带缝有限元模型,并在横向裂缝位置嵌入了系列剪切刚度弹簧,模拟了传荷力作用;绘制了单侧偏荷载作用下,CRCP横向裂缝两侧的应力和应变云图;用Grovetti解和Zollinger解验证了模型的可靠性;分析了钢筋类型、基层刚度、钢筋配筋率、地基模量和裂缝宽度等因子对CRC板米塞斯应力分布的影响。文章成果可以指导刚性路面的设计和计算,也利于推广CRCP在道路工程实践中的应用。     

旧水泥路面加铺沥青层结构温度场特性及数值模拟

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构温度场特性,采用预埋温度传感器的方式实测路面温度场,根据传热学原理建立旧水泥路面加铺沥青层结构的非线性瞬态3D温度场计算模型。基于实测气象资料,用修正后的双正弦函数、Fourier级数分别表示气温、太阳辐射,作为模型边界条件,采用ANSYS对路面温度场进行数值模拟并与实测温度场对比。研究结果表明:旧水泥路面加铺沥青层结构温度场一天的变化趋势是先降后升再降,升温速率明显大于降温速率,正负温度梯度交替出现,易诱发温度疲劳裂缝;各路面结构层的温度、温度梯度和变温速率的变化幅度随着深度增加而减小,且峰值、峰谷出现时刻随深度逐渐滞后;路面最高温度、最大正温度梯度均出现在沥青加铺层,应提高沥青加铺层抗高温车辙的性能;加铺层有效降低了水泥混凝土层的温度翘曲应力;依实测气温资料修正后的双正弦函数可以很好地模拟近路表气温的日变化规律;路面结构温度场的模拟值与实测值的偏差在3℃以内,说明该温度场模型具有很高的预测精度。     

北京地区水泥混凝土路面温度场研究及气象要素分析

水泥混凝土路面承受着各种环境因素的综合作用,这种作用的结果直接体现为路面温度场的复杂分布.通过实测1年的气象要素数据及水泥混凝土路面板温度场数据,分析了北京地区气温和太阳辐射的变化规律,最终得到30 cm水泥混凝土板的温度场和温度梯度规律.     

基于实测的混凝土箱梁腹板横向温度效应研究

为研究混凝土箱梁腹板横向温度梯度的特征以及横向温度梯度对桥梁结构应力的影响,以某大桥连续刚构辅桥为背景,对混凝土箱梁腹板横向温度效应进行研究。该桥为主跨268m的连续刚构桥,南北走向,分幅布置,墩顶处混凝土箱梁腹板厚度达到1m。基于该桥1年的实测温度,首先使用最小二乘法拟合实测温度,得到箱梁腹板横向正、负温度梯度;然后通过有限元方法计算分析实测温度梯度中考虑与不考虑腹板横向温度梯度时的温度效应。研究结果表明:腹板横向正温度梯度可只考虑单侧腹板,腹板横向负温度梯度则考虑腹板两侧对称布置;考虑腹板横向正温度梯度时,底板上缘拉应力增值较大;考虑腹板横向负温度梯度时,腹板外侧纵向应力由压应力变为拉应力,应力明显增大,混凝土箱梁腹板的横向温度效应在桥梁设计中不可忽略。     

基于实测的混凝土箱梁腹板横向温度效应研究北大核心

为研究混凝土箱梁腹板横向温度梯度的特征以及横向温度梯度对桥梁结构应力的影响,以某大桥连续刚构辅桥为背景,对混凝土箱梁腹板横向温度效应进行研究。该桥为主跨268m的连续刚构桥,南北走向,分幅布置,墩顶处混凝土箱梁腹板厚度达到1m。基于该桥1年的实测温度,首先使用最小二乘法拟合实测温度,得到箱梁腹板横向正、负温度梯度;然后通过有限元方法计算分析实测温度梯度中考虑与不考虑腹板横向温度梯度时的温度效应。研究结果表明:腹板横向正温度梯度可只考虑单侧腹板,腹板横向负温度梯度则考虑腹板两侧对称布置;考虑腹板横向正温度梯度时,底板上缘拉应力增值较大;考虑腹板横向负温度梯度时,腹板外侧纵向应力由压应力变为拉应力,应力明显增大,混凝土箱梁腹板的横向温度效应在桥梁设计中不可忽略。