混凝土Ⅰ型裂缝扩展的氯离子渗透特征

为了研究荷载作用下混凝土结构裂缝扩展过程中的氯离子侵蚀问题,更加准确地描述不同扩展阶段裂缝周边的氯离子侵蚀特征,依据混凝土断裂准则,采用ANSYS参数化设计语言APDL进行二次开发,自编程序模拟了混凝土小梁Ⅰ型断裂裂缝开展过程;在断裂分析的基础上通过参数等效,采用结构-热分析方法,基于体应变-损伤变量-氯离子扩散系数一一映射关系,实现了混凝土裂缝扩展过程中各个阶段氯离子侵蚀的数值分析.结果表明：不同裂缝扩展阶段,三点弯曲混凝土小梁裂缝周边氯离子侵蚀结果与试验结果吻合,荷载作用下混凝土裂缝尖端氯离子侵蚀呈现加剧现象,在混凝土结构耐久性寿命分析中起决定性作用;双K断裂准则和基于损伤参数的氯离子扩散模型能够模拟混凝土开裂过程氯离子侵蚀问题.     

电场作用下混凝土中氯离子输运模型及仿真

为了研究处于氯盐、杂散电流耦合侵蚀环境的混凝土结构耐久性,对电场作用下氯离子在混凝土内部的输运规律进行研究.首先,根据Hamilton型变分原理,建立电场作用下混凝土内部氯离子的输运模型;其次,基于细观角度,建立混凝土内部孔隙水饱和度的定量计算公式,并同时考虑时变因素和孔隙水饱和度对氯离子输运的影响,对非饱和状态下氯离子的扩散系数予以修正;最后,通过comsol模拟氯离子在混凝土内部的输运过程,并对电场作用下氯离子的输运速率与仅有浓度梯度作用下氯离子自由扩散速率进行了比较分析.研究结果表明:应用电场作用下混凝土中的氯离子输运模型研究地下混凝土结构的耐久性及结构寿命预测问题是可行的;在10 V电场作用下,混凝土中的氯离子的输运效率相当于自由扩散状态下氯离子输运效率的769倍.     

低热硅酸盐水泥混凝土疲劳性能研究

为研究胶凝材料的差异对混凝土疲劳特性的影响,采用4点加载的弯曲疲劳实验方法,对比研究了不同应力水平下低热硅酸盐水泥和同强度等级的普通硅酸盐水泥配制混凝土的弯曲疲劳特性,利用DTA-TG、SEM和MIP探讨了两种不同水泥配制混凝土的微观组成结构差异及其对疲劳特性的影响. 实验结果表明:28、90 d和180 d标准养护条件下的低热水泥混凝土在应力水平为0.75～0.90时的弯曲疲劳寿命均高于普通硅酸盐水泥混凝土;3.49 MPa应力荷载下,养护龄期由28 d延长至180 d,两种混凝土的弯曲疲劳寿命分别提高了230 452及8 168倍,90 d与180 d养护龄期的低热硅酸盐水泥混凝土的疲劳寿命分别是普通硅酸盐水泥混凝土的4.76倍及19.88倍,养护龄期越长,低热水泥混凝土抗疲劳性能的优势越显著;低热水泥混凝土水化产物中C-S-H凝胶多,Ca（OH）₂含量少,加载后最可几孔径与大孔含量的增幅较低（<10%）,致使其在疲劳荷载作用下裂缝源生成的可能性减少,裂缝扩展能力降低,抗疲劳能力增强.      

在疲劳荷载作用下的高强钢筋混凝土梁裂缝宽度计算

随着建筑高度和跨度不断增加,高强钢筋和高强混凝土被广泛应用于工程中,钢筋和混凝土都处于高应力状态。对高强钢筋混凝土构件在疲劳荷载作用下构件的疲劳研究日益重要。     

旧砼路面板上沥青加铺层直道试验研究

对不同结构方案下的旧水泥混凝土路面板上沥青混凝土加铺层结构进行直道试验,分析研究了不同轴重及荷载次数作用下的接缝弯沉差、车辙变形以及路面的疲劳特性,并对比了沥青加铺材料及结构优劣性.结果表明,在不同轴载的反复作用下,所研究的新型沥青混凝土材料在接缝路表弯沉、车辙变形量和路面结构的抗剪切疲劳特性等方面都优于普通的AC-20沥青混凝土.     

混凝土在持续荷载下的强度

通过比较混凝土在持续荷载的损伤与疲劳损伤的联系,假定在持续荷载下混凝土的损伤速率和应变增长速率成正比;分析了混凝土在持续荷载下的变形行为和损伤机理,及混凝土在不同荷载历史情况下的破坏边界面;建立了荷载水平和临界损伤应变之间的关系;研究了不同荷载水平下混凝土的真实强度以及不同强度混凝土在持续荷载下的性能。与试验结果对比,建立的模型可以较好地反映混凝土在持续荷载下的性能。     

水泥混凝土路面在车载和温度应力共同作用下有限元分析

车辆荷载与温度翘曲应力共同作用下,容易导致水泥混凝土路面产生疲劳破坏。本文利用大型有限元软件ANSYS对不同参数变化的混凝土路面进行有限元模拟计算,分析取不同板厚的条件下,车辆荷载与温度应力对水泥混凝土路面的影响,得出混凝土板在正温度梯度和车载共同作用时,在相同地基模量情况下,产生的板内纵向拉应力会随着混凝土板的长度与厚度的增大而增大。     

富水条件下沥青混凝土疲劳性能试验研究

根据厚沥青面层自身的受力特点,采用应力控制模式对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混凝土进行无水和富水条件下间接拉伸疲劳试验,得到不同应力水平作用下的疲劳试验结果,回归建立了应力-疲劳方程,并从疲劳寿命、疲劳方程特征参数、疲劳破坏形态等方面分析了水对沥青混凝土疲劳性能的影响.研究结果表明,在相同的应力水平作用下,富水沥青混凝土疲劳寿命仅约为无水沥青混凝土的24%～30%;沥青混凝土的应力水平与疲劳寿命在双对数坐标中呈现较好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;富水状态下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,充分证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土富水状态的合理性.     

CRTSⅢ型板式无砟轨道横向弯曲疲劳试验

为了研究列车疲劳荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道结构横向受力性能,采用实际工程施工现场的材料及施工工艺,利用足尺模型,切割制作6个单承轨台或双承轨台的板式无砟轨道试件,进行橡胶板模拟路基上板式无砟轨道结构的横向弯曲疲劳试验,得出列车疲劳荷载引起的横向弯矩作用下板式轨道试件的应力、变形分布规律及疲劳损伤的发展形态.试验结果表明,在15.0~255.0 kN和42.5~425.0 kN疲劳荷载作用下,模拟路基上单承轨台和双承轨台的试件板中位置轨道板上表面先出现纵向裂缝,随后轨道板横向预应力筋锚固端出现由锚头向轨道板上表面的劈裂裂缝,累计疲劳500万次后,三点弯曲模式下轨道板-充填层复合板试件的自密实混凝土开裂荷载和层间滑移荷载分别减小20%~30%和25%以上,疲劳损伤、层间离缝对轨道板与充填层的协同工作性能有不利影响.      

C—P混杂纤维混凝土疲劳变形规律研究

分析了碳纤维，聚丙烯纤维浊杂纤维混凝土弯曲疲劳变形的构成及其演变规律，讨论了混杂纤维增强混凝土在高频循环荷载作用下疲劳残余应变累积，循环应变幅值演化及疲劳总应变幅值发展的特性，建立了ＨＦＲＣ材料的弯曲疲劳变形模型。     

连云港盐渍土中钢筋混凝土结构寿命预测

通过分析连云港盐渍土中盐分含量分布,指出连云港盐渍土属于氯盐渍土,盐分含量随土层深度的增加线性减小,对钢筋的腐蚀性为中等腐蚀性;综合考虑氯离子在混凝土孔隙溶液中的扩散、电迁移以及毛细吸附过程,建立氯离子运移模型;模型的计算结果与实测结果有较好的拟合度;采用有限元方法分析了连云港盐渍土环境下混凝土内部氯离子含量分布状况,并计算不同混凝土保护层厚度的结构物寿命,建议混凝土保护层厚度应该大于50 mm。     

基于元胞自动机的开裂混凝土氯离子扩散模拟与分析

为获得氯离子在开裂混凝土中的浓度分布以及分析裂缝形状、分布形式、偏转角度对混凝土中氯离子扩散效应的影响,根据氯离子在开裂混凝土中的扩散机理,利用元胞自动机和均匀化等效分析方法,建立了模拟开裂混凝土中氯离子扩散过程的元胞自动机模型,并利用数值试验对模型中元胞尺寸进行了优化.研究结果表明:在不影响计算精度的情况下,为提高模...     

桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱的理论研究

为获得服役期间桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱计算理论,考虑无砟轨道钢筋与混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土的开裂与闭合效应、无砟轨道荷载的共同作用和时变特性,分别建立和验证了桥上纵连板式无砟轨道温度场计算模型、多尺度高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维有限元耦合动力学模型、纵连板式无砟轨道-桥梁-桥梁墩台纵向相互作用模型,并在此基础上,提出了桥上纵连板式无砟轨道疲劳应力谱计算理论.研究结果表明:利用提出的疲劳应力谱计算理论可得到服役期间桥上纵连板式无砟轨道各部件钢筋与混凝土应力时程曲线及疲劳应力谱;考虑多种荷载工况,能深入探讨桥上纵连板式无砟轨道疲劳破坏机理和影响规律;计算理论可为丰富和完善我国无砟轨道设计理论提供重要依据.      

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s^-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明：轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。     

沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面承载力分析

为了防止公路的早期破坏, 为长寿命路面结构研究提供理论依据与技术支持, 应用有限元方法对沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面进行了温度场与疲劳应力分析。分析结果表明: 小于4cm的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能; 大于4cm的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场, 每增加2cm, 可满足15%~20%的超载要求。可见该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。     

不同层位格栅加筋沥青混凝土的抗车辙性能

为探索格栅层位对加筋沥青混凝土抗车辙性能影响的内在规律,采用10cm深车辙试模对不同格栅层位的沥青混凝土进行车辙试验,实测蠕变参数,建立粘弹性有限元模型,对不同深度的车辙模型进行最大剪应力计算,最后将二者对比分析．结果表明：格栅越靠近加载面,沥青混凝土的高温抗车辙效果越好,原因是格栅铺设于沥青混凝土中最大剪应力附近;格栅距离加载面一定位置时,沥青混凝土的最大剪应力增大,但沥青混凝土的抗车辙能力依然比未铺设格栅时的好．分析方法与所得结论对沥青层结构与材料设计具有一定的应用价值．     

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理,建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型;通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程,将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中;基于扩展有限元法,在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明：在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力,其最大值接近钢材的屈服强度,焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略;后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布,在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时,需模拟多道焊缝的焊接全过程;在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下,按复合型裂纹扩展的工程准则,顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值,均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展;在多场耦合作用下,过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹,Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略;过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹;建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。     

耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力三维有限元分析

为了分析各因素对耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力的影响, 建立了三维有限元模型, 确定了计算参数, 通过正交设计法安排参数组合, 计算混凝土基层底面的荷载应力, 并对计算结果进行极差与方差分析。分析结果表明: 混凝土基层底面荷载应力随沥青面层厚度增大总体呈减小趋势, 但减小幅度不大, 随基层厚度增大而减小, 随基层模量增大而增大, 随地基模量增大显著减小, 面层模量变化对基层荷载应力几乎无影响; 置信概率为95%时, 对基层荷载应力有显著影响的因素是地基模量、基层模量和基层厚度, 当置信概率为90%时, 地基模量、基层模量、基层厚度和面层厚度影响的显著性依次减小。     

冲压荷载下水泥路面土基的变形及应力分析

通过建立有限元模型,采用瞬态动力学加载方法,模拟冲击压路机破裂稳固旧水泥混凝土路面的冲压效果,探讨冲压荷载作用下土基中的应力传递规律和沉降变形．结果表明：在土基顶面以下5 m深度处由冲压荷载引起的土基竖向应力和位移均接近于0,冲压荷载的影响深度不超过5 m;冲压荷载作用下路基的工作区为2．25 m深度范围内,埋深超过2．25 m的构造物理论上不受冲压荷载的影响．