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。     

水泥混凝土路面板角脱空受力特性分析

为研究水泥混凝土路面板角脱空区受力特性,应用ANSYS-CFX建立流固耦合模型,对水泥混凝土路面在车辆荷载-动水压力耦合作用下板角脱空区所受应力进行了分析。研究结果表明:在相同行车荷载作用下,相比于无水状态的脱空区,有动水压力作用下的板角脱空区裂纹尖端等效应力和最大主应力提高了约30%,而脱空区路面板板顶和板底的应力有着不同程度的减小,且板顶的主拉应力大于尖端的主压应力。考虑有水状态下材料的刚度折减时,脱空区裂纹尖端和路面板所受应力不同程度增大。     

水泥混凝土面板脱空的有限元模型分析研究

水泥混凝土路面在实际使用过程中,由于车辆荷载的重复作用,板下基础将产生塑性变形累积而导致面层脱空,地面水沿着接缝下渗而积聚在脱空的空隙内,在车轮荷载作用下变成压力水而形成唧泥,导致水泥混凝土面板局部脱空而产生附加应力,在行车荷载作用下,面层应力将会剧增,从而导致水泥混凝土面板的断裂.通过数值分析对路面板角脱空形成机理以及在行车荷载与脱空耦合导致面层板的断裂机理进行分析,同时讨论了路面厚度、路基土和基层模量变化对路面结构的应力状态的影响.     

层间脱空时水泥混凝土路面的荷载应力特征

针对水泥混凝土路面层间脱空问题,采用有限元方法,建立了弹性半空间地基上考虑脱空的三维路面结构模型,计算了板角、接缝和板中3种脱空位置处脱空面积对面层荷载应力的影响。结果表明:对于板角脱空,脱空长度与宽度接近时,面层荷载应力最大;对于接缝中部脱空,平行于接缝方向的脱空越多,面层应力分布越不利;对于板中脱空,面层应力对脱空形状的敏感性较低。无论脱空位置如何,面层底部最大弯拉应力均随脱空面积、荷载大小的增加而增大,但与板角脱空和接缝脱空相比,板中脱空对面层应力的影响较小。     

水泥混凝土路面板脱空的弯沉值影响因素分析

利用有限元分析软件ANSYS,建立了路面板脱空的三维有限元模型,通过与试验数据的比较,证实了该模型的合理性。在此基础上,分析了脱空尺寸、脱空高度、脱空形状以及脱空面积对脱空路面板弯沉值的影响。分析表明,脱空水泥混凝土路面板的最大弯沉值出现在板角;随着板底脱空尺寸和脱空面积的增大,路面板的最大弯沉值亦逐渐增加;脱空高度以及脱空面积相等时脱空区域形状对弯沉值的影响很小。     

基于弯沉率的水泥混凝土路面板角脱空面积分析方法

采用弹性地基板模型,利用有限元方法分析了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下水泥混凝土路面板角弯沉值的变化规律。提出以弯沉率作为评价指标,得到了弯沉率与板角脱空面积的近似关系式。根据不同路面结构参数下弯沉值的变化对关系式进行修正,尝试建立水泥混凝土路面板角脱空面积的分析方法。通过工程实例分析,表明该分析方法判别水泥混凝土板角脱空面积是可行的。     

基于改进的灰关联模型分析特定条件下水泥路面疲劳寿命影响因素

基于一种改进的灰色关联模型，建立了移动荷载作用下的水泥路面板底脱空模型，提出了板底脱空演化作用下水泥路面疲劳寿命的计算方法，分析了水泥路面疲劳寿命影响因素的影响程度。结果表明：面层板厚度的灰色关联度为0.65，动荷载的灰色关联度为0.63，说明动荷载和面层板厚度对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命的影响程度较高，而脱空半径、脱空深度、行驶速度和基层动弹性模量对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命的影响程度较小；面层动弹性模量的灰色关联度为0.05，说明面层动弹性模量对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命基本无影响。     

荷载-温度-水共同作用下脱空水泥混凝土路面板力学响应分析

为了得到脱空水泥混凝土路面板在考虑荷载、温度梯度、水共同作用下的应力随脱空发展的规律,利用ABAQUS建立了三维有限元模型分析力学响应.脱空部位选取板边中部及板角,设置不同的温度梯度、不同轴载、不同板厚、不同弹性模量以及考虑脱空部位有水和无水情况,定义了 3场共同作用的弯拉应力值与不考虑动水作用的弯拉应力值之比S,分析...     

机场道面脱空范围定量分析模型研究

为定量评价机场水泥混凝土道面板板下脱空程度,结合机场水泥混凝土道面结构及弯沉测试的实际,通过采用有限元方法分析了板底脱空范围随板边/板中及板角/板中弯沉比、接缝弯沉比传递系数、地基板相对刚度半径的变化规律,得到水泥混凝土道面板底脱空范围的定量分析模型,在此基础上提出基于现有机场道面弯沉测试的板底脱空范围定量评估方法及流程.分析表明弯沉比不仅与板底脱空尺寸有关,还受到接缝传荷能力、地基板相对刚度半径的影响,不能仅通过弯沉比一个参数判断板底脱空.     

移动荷载作用下公路隧道水泥路面结构力学分析

建立了公路隧道水泥混凝土路面结构的三维有限元分析模型,运用桥梁工程中影响线求法中移动布载方式模拟车辆荷载在路面上真实的运动情况。讨论了不同荷载速度、不同基层模量和基岩模量对轴载移动到板中时板顶最大竖向位移和板底最大拉应力的影响。通过比较动态荷载与静止荷载作用下板底拉应力值和板顶竖向位移值得出,对于公路隧道基岩强度比较大的情况,板底应力动载系数近似为0.5,路表弯沉动载系数近似为1.0。     

超(重)载对脱空水泥砼路面板使用寿命的影响

超载、重载及板底脱空是引起水泥砼路面早期破坏的主要原因.根据水泥砼路面板下脱空形态试验获得的脱空区形态特征,对超载及重载车辆作用下脱空水泥砼路面板内的最大弯拉应力进行了求解和使用寿命计算,并在此基础上计算了考虑温度疲劳应力影响时水泥砼路面的使用寿命.结果表明,在温度、重载及脱空等不利因素共同作用下,路面板使用寿命大大缩短,有时甚至出现了断裂破坏.     

温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响

为研究温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响,依据我国华东某机场实测数据,分析温度影响下刚性道面接缝传荷系数、板边及板角弯沉比的变化规律。结果表明,1 d之内,接缝传荷系数波动较大,弯沉比受温度变化影响显著,且板角位置变化更大;温度影响可能导致截然相反的板底脱空评价结果。温度梯度是引起弯沉比变化的主要因素,可依据二者间良好相关性修正温度对板底脱空评价的不利影响。     

基于ANSYS的水泥路面板底脱空力学模拟分析

针对板底脱空极易导致水泥混凝土路面板的断裂和破碎,并严重影响水泥混凝土路面板使用性能和疲劳寿命的情况,以烟台-威海高速路试验段为依托工程,将水泥路面板和板底脱空部分作为统一的力学分析体系,采用三维有限元软件对存在板底脱空的水泥路面结构进行了模拟,并对温度和轴载耦合作用下路面板的等效应力、最大剪应力及弯沉进行了计算,分析了不同降温幅度对路面板力学状态的影响,研究了存在板底脱空的水泥路面板的力学特性和弯沉变化规律。     

基于同板弯沉差的板底脱空判定方法

针对同一路面板的板中、板边、板角之间弯沉差与板底脱空的关系在规范中并未有明确说明,且国内外研究也较少的情况,以烟台～威海高速路试验段为依托工程,对板底脱空的弯沉评价指标进行了理论计算。采用贝克曼梁弯沉仪(BB)和落锤式弯沉仪(FWD)对比测量,并计算同板板中与板边中点、板角弯沉差,在此基础上,经统计分析方法确定了静动弯沉值判定脱空的评定标准。试验路的钻芯结果表明,基于同板弯沉差的板底脱空判定方法具有较高的可信度。     

水泥混凝土路面板底脱空成因分析及处治技术

通过分析水泥混凝土路面板底脱空的破坏形态,得出了水泥混凝土路面产生板底脱空的深层次原因,同时,基于力学计算和疲劳寿命预估,研究了面板厚度和脱空尺寸对脱空板体临界截面弯拉应力和使用寿命的影响.在此基础上,提出了适用于水泥混凝土路面板底脱空处治的技术措施及施工质量控制标准,以有效处治水泥混凝土面板脱空问题,延长混凝土路面使...     

水泥砼路面板角弯沉的影响因素分析

利用有限元程序,分析了路面各结构层参数、路面板平面尺寸、接缝传荷能力、板角脱空及脱空与传荷相互作用等因素对FWD板角弯沉值的影响,并建立了接缝传荷与板角弯沉的回归公式.研究结果表明,板角弯沉受面层模量、面层厚度、基层和土基模量影响较大,受基层厚度影响较小;板角弯沉随着板平面尺寸的增大其减小比例在2%以内,正常板尺寸变化情况下可以忽略其影响;接缝传荷修正系数随接缝传荷能力的增加呈指数衰减变化规律;脱空尺寸对板角弯沉的影响较其对其他弯沉影响更为显著;弯沉值在接缝传荷和板角脱空共同作用下的变化比仅受其中一项因素影响时的变化更为明显.     

基于截距法的水泥路面脱空判定影响因素分析

针对截距法判定水泥路面板底脱空中存在的问题,采用ABAQUS有限元软件建立了典型路面结构不同脱空深度和不同脱空尺寸三维模型,分别在考虑温度场和不考虑温度场2种情况下施加多级荷载,模拟分析荷载等级和环境温度对截距法进行脱空判定的影响程度,总结截距法脱空检测适用范围,用来指导水泥混凝土路面的板底脱空检测。     

机场预应力混凝土道面的脱空适应性有限元研究

应用有限元分析软件Abaqus建立三维有限元模型,比较素混凝土道面和预应力混凝土道面的应力,道面板面层尺寸为10m×5m×0.25m,首先,对预应力混凝土道面与素混凝土道面板体内部应力进行比较;其次,分析预应力混凝土道面的最不利荷载位置,最后,确定最不利荷载位置适应脱空的能力,最终得板边中部位置最大可适应0.25m2的脱空。预应力混凝土道面脱空适应性设计优化参数:以最不利位置板边中部进行模拟,选取纵向筋的配筋间距、横向筋的间距、预应力值大小和预应力筋的配筋位置4个参数进行优化分析,推荐预应力道面适应脱空的最优参数。     

水泥混凝土路面基层支撑均匀性控制标准研究

为了明确路基和基层支撑情况对刚性混凝土板受力行为的影响规律,依托广西某级配碎石基层水泥路面大修项目,实测了级配碎石基层顶面反应模量,计算了基层不均匀支撑对水泥混凝土路面受力情况和位移情况的影响规律。研究发现:级配碎石基层顶面反应模量的空间分布变异系数为0.33;基层不均匀沉降、板底脱空等因素引起的板内附加应力增幅为0～150%,板角挠度增加为0～640%,板角完全脱空为最不利受力工况。当板底仅存在不同程度的薄弱区域时,引起的附加应力增幅一般为8%以内,板角挠度增幅为20%以上。此外,板角挠度对板底不均匀支撑更为敏感,在地基反应模量变异系数达到0.5时,可以降低板的冲刷疲劳寿命达50%。建议对水泥混凝土路面下卧层材料应评定压实后的空间均匀性,保证变异系数低于10%。     

功能层水泥混凝土路面在多轴车辆作用下的拉应力特征

为分析多轴车辆荷载作用下功能层水泥混凝土路面的力学响应,建立了Winkler地基上的双层板模型,选取基-面层层间分离阶段的层间参数,比较了单轴双轮组、双轴双轮组车辆荷载以及温度荷载作用下沥青混凝土功能层设置与否对水稳基层水泥混凝土路面面层、基层层底拉应力的影响。结果表明:功能层的增设可有效降低面层层底拉应力,并对缓解基层层底拉应力有一定效果;功能层增设后,面层板中、板边的层底拉应力下降,板角处上升,但整板的最大层底拉应力明显下降;多轴车辆作用下功能层可促使面层层底拉应力分布趋于均匀,双轴双轮组下的层底最大拉应力反而低于单轴双轮组。