基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层材料研究

旧水泥路面直接加铺沥青面层后易导致反射裂缝产生,为此基于应力吸收层对沥青加铺层结构进行研究。结合沥青路面线弹性断裂力学原理对加铺结构进行理论分析;对应力吸收层裂缝尖端以及路面荷载应力进行ANSYS有限元计算得出以下几点结论:同等条件下设置应力吸收层可有效减弱应力集中,使沥青加铺层底部荷载值下降幅度达到35%左右;对不同应力吸收层厚度下的荷载应力计算可知当吸收层厚度为2.5 cm时最大主应力σ_1、最大剪应力τ_(max)以及等效应力σ_e达到最大分别为0.513、0.752、1.336 MPa,对比厚度为1 cm时刻增幅达到12.39%、9.26%、9.27%,随着厚度持续增加应力缓慢下降,厚度为6 cm时降幅为16.53%、9.56%、9.44%。因此吸收层厚度为2.5 cm时可最大程度消散车辆荷载应力以及荷载反射裂缝。     

基于连续变温下钢桥面铺装结构的力学性能研究

为了研究钢桥面复合铺装结构在连续变温下的力学性能,首先基于热力学理论对钢桥面铺装进行温度场分析,进而采取热应力耦合的方法对铺装层的应力、剪力以及永久变形的变化情况进行研究。结果表明:荷载作用处的高弹改性铺装层扩散了浇筑式铺装层的压应力,但底部剪应力较大,最高达46.4kPa;由于双轮荷载共同叠加作用使得中心处底部压应力较大,达到164kPa。永久变形主要由浇筑式沥青混凝土贡献,占83%,而高弹改性沥青混凝土产生变形较小。通过对7月份铺装层进行有限元模拟分析,模拟值与现场桥检实测值对比误差为7.8%,说明该文的预估方法有较好的预估效果。     

无背索曲塔曲梁斜拉桥施工稳定性分析

以某一无背索曲塔曲梁斜拉桥为分析对象,针对桥梁结构特征,采用结构整体静力有限元分析桥梁极限状态及施工关键节点的整体与局部结构静力性能和动力特性,获得桥梁稳定性特征。研究结果表明:极限承载力作用下,桥塔混凝土、桥塔钢板、钢箱梁、边跨混凝土梁应力范围均满足施工标准;恒载作用下,索塔混凝土最大竖向压应力出现在内索塔与墩底连接处,在内塔底部出现最小压应力,主梁最大竖向变形出现在梁顶端位置;活载和风荷载作用下,外索塔在顺桥向荷载下产生最大变形,内塔底部产生局部最大拉应力;连接索塔削弱薄塔处顺桥向和横桥向最大拉应力均较大,因此,在设计施工中需要对该削弱薄塔区进行局部加强,避免出现结构失稳性破坏。     

超高性能混凝土薄层加固法在槽形梁桥中的应用

预应力混凝土槽形梁桥的主梁连接板在运营过程中易产生开裂病害,为修复桥面板的裂缝,改善桥梁受力,提出超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法(在桥面板底部浇筑1层UHPC,与原结构整体受力),以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景,论述该方法在该桥加固中的应用。为检验加固效果,采用ANSYS建立甲式桥面板(槽形主梁连接板)的局部有限元模型进行应力分析,并通过荷载试验分析甲式桥面板加固前、后的受力及变形。通过理论和试验分析可知:加固后,在车辆荷载作用下,甲式桥面板的横向应力降至0.5 MPa以下,UHPC层拉应力为2.5MPa;甲式桥面板的横向应变降低了约65%,竖向挠度降低了约60%;UHPC层的应力实测值与有限元理论值基本一致。说明UHPC薄层加固法可有效改善桥面板受力,提高桥面板的刚度,减小桥面板的挠度。     

公路路基FRPM管涵洞受力变形特性研究

涵洞是公路工程的重要组成部分,采用柔性、高强度的玻璃钢夹砂管涵洞,可有效解决地基基础不均匀沉降导致涵洞破坏的问题。该文通过对玻璃钢夹砂管涵洞通车运营检测试验,分析了玻璃钢夹砂管在不同工况和不同车辆荷载作用下环向和轴向的受力与变形特性以及径向相对位移变化规律。结果表明:环向最大应力值小于0.98 MPa,轴向最大应力值小于0.49 MPa,远低于涵管抗压强度值,径向最大竖向变形小于涵管竖向变形允许值,说明车辆荷载对埋地涵管影响不大,验证了涵管运营状态良好,为玻璃钢夹砂管在公路工程上的推广应用提供了理论依据。     

水泥混凝土桥面环氧沥青桥面铺装应力分析

针对预应力混凝土连续刚构桥,进行环氧沥青桥面铺装力学分析。按照弹性层状体系理论建立力学分析模型,采用在车辆荷载作用下的有限元计算方法,分析桥面铺装层中的最大拉应力、最大剪应力和最大应变,并分析了在不同铺装层厚度、不同模量及不同荷载情况下对应力与应变的影响,最后得出竖向拉应力大于水平向拉应力、横桥向剪应力大于顺桥向剪应力,以及汽车超载将导致铺装层早期损坏的研究结论。     

不同基层状态下的沥青路面荷载应力分析

为比较在行车荷载作用下,基层未开裂及开裂状态不同时沥青路面结构内的应力响应情况,采用有限元方法对不同工况分别建立模型,计算分析水泥稳定碎石基层沥青路面在不同水平荷载、层间条件时,结构内的应力分布。分析表明,层间粘结状态是影响裂缝扩展的重要因素;面层-基层粘结不好时,面层底部的拉应力和剪应力值都急剧增长,即使基层不开裂,面层内也会产生由下而上的横向裂缝及沿行车方向的纵向裂缝;已开裂但尚未沿深度方向贯穿基层的横向裂缝在荷载作用下会迅速反射至面层;待基层收缩裂缝充分发展并进行处治后,再铺面层可减少和延缓反射裂缝。     

车辆多轮动载作用下柔性路面动应力响应

为研究重型车辆多轮动荷载产生的柔性沥青路面应力特性,建立考虑黏弹性的柔性沥青路面三维有限元模型,分析重型车辆多轮随机动荷载和移动恒动荷载作用下柔性沥青路面动态应力响应。结果表明:在路面的确定位置,2种动荷载作用下沥青各层的各向应力变化规律基本一致,而每个车轮通过时各向应力变化规律不同,沥青下面层Sup25底面纵向和横向应力呈现拉应力状态,且大于沥青各层上面的各向拉、压应力;在车辆行驶区域,沥青层各点的各向拉应力和压应力最大值出现的位置及大小均不相同,随机动荷载作用下各点的各向拉应力和压应力最大值的变化幅度较大,分别大于和小于移动恒动荷载作用下各点的各向拉应力和压应力最大值;沥青层各层在随机动荷载作用下各向最大拉应力和最大压应力相对移动恒动荷载作用下各向最大拉应力和最大压应力分别增加1.63%~20.14%和2.13%~28.93%;在研究柔性沥青路面动态响应时,必须考虑路面不平度引起的车辆多轮动荷载及其随机变化的影响。     

金属波纹管涵力学性能数值模拟

基于青藏铁路波纹管涵试验工程,建立金属波纹管涵的等效受力模型,运用有限元方法对其进行数值模拟,研究铁路路基荷载及列车活载共同作用下金属波纹管涵的应力、应变及变形特点.研究发现,波纹管涵不论是竖向、轴向还是环向的拉压应变均是通过波纹沿环向在波峰与波谷之间相互传递,另外拉压应变在竖向、轴向和环向也是交替出现,相互转换.结果表明,波纹管涵身的波纹具有明显的传递应变的性能.波纹管涵的这一特点不但能有效抵抗由于竖向荷载造成的侧向变形,还能有效地把竖向荷载造成的竖向变形及侧向变形通过波纹传递到轴向,充分表现了它适应变形的优良性能.     

层间状态对直接式PFCC-PCC路面应力分布影响分析

针对在原普通水泥混凝土(PCC)路面上实施聚丙烯纤维水泥混凝土(PFCC)加铺层的路面结构的层间状态对结构内荷载应力及温度应力的分布状况影响进行分析。首先,根据路面结构及温度场自然边界条件建立路面结构有限元模型;然后,通过改变不同结构层间的摩擦系数确定影响荷载应力分布的结构层;最后,通过采用不同的对流交换系数实现对层间分离温度应力分布状态的分析。结果表明:综合考虑结构层间分离作用对荷载应力和温度应力分布产生的影响,采取直接式加铺PFCC面层时应采取增大层间摩阻作用的措施,以延长路面结构的使用寿命。     

含应力吸收层的旧沥青路面加铺沥青层力学分析

基于旧沥青路面加铺沥青面层的结构特点,采用有限元方法对设置应力吸收层的加铺层结构进行荷载、温度及耦合条件下的力学分析,并进一步分析了应力吸收层厚度、模量对计算结果的影响。研究结果表明:设置应力吸收层后,加铺层的荷载、温度及耦合应力均有较大的降低;应力吸收层的厚度、模量在不同荷载条件下对加铺层拉应力、剪应力有不同的影响,对其自身的影响也不尽相同。在加铺设计和施工时,可选用低模量、高变形材料作为应力吸收夹层,但应综合考虑以选取合适的材料参数。     

含应力吸收层的旧沥青路面加铺沥青层力学分析

基于旧沥青路面加铺沥青面层的结构特点,采用有限元方法对设置应力吸收层的加铺层结构进行荷载、温度及耦合条件下的力学分析,并进一步分析了应力吸收层厚度、模量对计算结果的影响。研究结果表明：设置应力吸收层后,加铺层的荷载、温度及耦合应力均有较大的降低;应力吸收层的厚度、模量在不同荷载条件下对加铺层拉应力、剪应力有不同的影响,对其自身的影响也不尽相同。在加铺设计和施工时,可选用低模量、高变形材料作为应力吸收夹层,但应综合考虑以选取合适的材料参数。     

水泥混凝土路面的抗裂稳定性分析与评价

基于三维路面结构模型,全面分析评价了加铺土工合成材料的水泥混凝土路面抗裂稳定性,结果表明,面层底部裂缝切应力在正荷载的影响下,其水平几乎为零,与此同时3个主应力和拉应力都是负值,面层底部裂缝处拉应力在偏荷载的作用下,其值为负数,不断提升其切应力水平,进而产生剪切型裂纹。基于相同的环境温度,水泥面层底部的拉应力数值较大,与此同时切应力水平较低。在水泥面层底部,当加铺的土工合成材料弹性模量为1 050 MPa时,在面层底部裂缝处,切应力降低了42.86%,拉应力最高降低28.57%,在温度及荷载作用下,土工合成材料能将裂缝尖端产生的应力集中有效缓解,可起到对反射裂缝的抑制作用。当面层底部加铺土工合成材料后,Ⅰ型裂缝尖端应力强度因子降低了9.52%。Ⅱ型裂缝尖端应力强度因子降低了76.36%。为了增强管控防裂控制作用,可以在水泥面层底部进行土木合成材料的铺装使其内部的应力强度因子显著降低。     

红土粒料永久变形演变规律

针对红土粒料基层在反复碾压和雨水作用下发生的结构损伤现象,开展了非洲几内亚红土粒料的室内三轴试验,对比分析了应力状态、湿度波动、压实度、荷载作用等对永久应变的影响,研究了永久变形随重复荷载作用与湿度波动(特别是干旱、降雨、旱湿循环等极端条件)的演变行为,揭示了红土粒料基层结构性能损伤机理。试验表明:随着荷载作用次数的增加,红土粒料永久应变先快速增长后逐渐平缓。含水率、压实度及偏应力等对永久变形的影响显著:当偏应力从103kPa增加到276kPa时,红土粒料永久应变的增幅为5%～25%,个别工况下永久变形增幅最高为40%;当由干化状态增大至湿化状态时,红土粒料的永久变形增长约2. 3倍;干湿循环后的试件,永久变形下降幅度为40%～80%,在压实度较低时永久变形下降的幅度较高。Monismith模型可用来表征红土粒料随荷载作用次数的演变规律,相关性普遍在0. 90～0. 95。红土粒料永久变形随荷载作用的演变规律,可以从红土粒料的颗粒组成和破碎变形进行分析。     

随机荷载作用下沥青路面应力应变分析

应用有限元软件ABAQUS建立轮胎/路面结构模型,研究轮胎与路面的接触印迹及随机荷载下沥青路面三维结构应力、应变变化特征。结果表明:沥青路面竖向、横向、纵向应力应变随荷载的非线性增加而非线性增加,随路面深度增加应力应变逐渐减小,在沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中现象。在荷载作用分析点,竖向、横向及纵向应力最大应力值出现在上面层,竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向和横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,纵向方向反复的拉压变形,可能是导致路面轮迹带材料产生疲劳损坏的原因。沥青路面结构应力应变受温度变化、荷载等多种因素影响,残余应变恢复时间延迟体现沥青材料的黏弹性特征。     

沥青加铺旧水泥混凝土路面的层间受力

为了研究旧水泥路面沥青加铺层层间力学特性,借助ABAQUS分析了沥青加铺层厚度、模量及裂缝对层间应力的影响。结果表明:在静荷载作用下,沥青加铺层层底竖直方向上的剪应力最大值都出现在荷载正下方;增大沥青加铺层的厚度能明显减小层底应力;沥青加铺层的弹性模量对层底应力的影响很小;沥青面层底部的最大主应力受裂缝的影响变化在1%~2%,而沥青面层底部竖直方向上的最大剪应力值受裂缝影响变化在53%~58%。     

土体参数对盾构隧道衬砌与土体共同作用影响分析

为了解决在盾构隧道结构分析中土与结构共同作用如何有效考虑的问题,借鉴连续介质模型的组成体系与加载方式,基于数值分析的方法建立土与隧道共同作用的计算模型,其中管片接头的转动刚度非线性与衬砌三维拼装效应均被考虑,计算结果与模型试验结果吻合良好。针对侧压力系数和土体刚度展开参数分析,研究结果表明:1)随着侧压力系数和土体刚度的减小,衬砌椭圆化变形增加,同时衬砌拱顶弯矩增加,纵向接头的相对转动主导了衬砌的椭圆化变形;2)随着侧压力系数的增加,土体高应力分布区由拱顶月牙形朝环周均匀分布转变,拱腰侧低应力区逐渐消失,同时隧道椭圆化变形趋于0;3)土体刚度对土体应力分布改变影响较小,但随着土层刚度的增加,衬砌环周应力条件被明显改善,拱顶的椭圆化荷载同样有朝环周均布荷载转变的趋势。     

不同荷载形式下的路基粗粒土填料稳定性分析

采用传统三轴试验法和PFD~(3D)软件构建路基粗粒土填料模型分析了不同静载荷作用和循环荷载作用下的路基粗粒土填料各项力学性能。研究结果表明:静荷载和循环荷载作用下,路基粗粒土的体积应变均会发生体缩变形向体胀的转变。静荷载作用下,随着偏应变的增大,不同围压下的粗粒土应力比呈现出一个先增加后保持不变的趋势,围压较高路基土填料体积应变和应力比最大处对应的偏应变较大;循环荷载下,路基粗粒土应力比随着时间步数的增加在极短的时间内达到最高峰值,随后围绕平衡位置上下波动;偏应变在荷载加载阶段呈线性增大,在荷载卸载阶段呈线性减小,不可逆变形值接近于0. 013,表明路基填料具备了较大抗变形能力。     

GFRP-钢组合梁桥的荷载试验

对国内首座GFRP -钢组合梁桥进行荷载试验,并将荷载试验的实测结果与理论计算结果进行了分析比较.对GFRP桥面板的局部变形进行测量,并与有限元计算值进行对比,分析了在车轮荷载作用下桥面板结构的变形情况与沥青混凝土铺装层的应变状态.结果表明各主梁变形实测值和理论值接近,由车轮荷载引起的铺装层表面拉应力小于沥青混凝土的抗...     

层间接触状态对温度及荷载应力的影响研究

层间接触状态是影响半刚性基层沥青路面受力特性及损坏状况的重要因素。为分析面层内及面层与基层间设置应力吸收层时,温度及车辆荷载作用下,应力吸收层与结构层间粘结状况对路面结构内应力分布的影响,将应力吸收层模拟为正交各向异性中的横观各向同性材料。研究表明,可以通过设置应力吸收层不同参数而模拟层间不同接触状态;同时温度荷载作用下,设置应力吸收层时,若层间接触状态由连续变为光滑,则沥青面层内温度应力最大值由于新的应力释放方式的出现而减小。交通荷载作用下,当基层-面层间接触状态由连续变为滑动时,面层底面的受力状态由受压变为受拉,因此为减少路面开裂,结构层间应选择合适的接触状态,从而取得二者的平衡。