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.     

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。     

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。     

雷达波在混凝土路面施工质量检测中的应用

水泥混凝土路面在使用过程中出现很多病害,最常见的是接缝处破坏。水泥混凝土路面接缝处传力杆施工质量的好坏,对混凝土路面的质量有直接影响。笔者通过试验及工程实例,应用手持雷达对水泥混凝土路面接缝处传力杆的施工质量进行检测,以确定传力杆在混凝土路面中的实际布置,及时发现施工中存在的问题,能对混凝土路面工程的施工质量起到很好的控制作用。     

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。     

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。     

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。     

复合材料作为水泥混凝土路面传力杆的尝试

水泥混凝土路面设计规范明确规定,所有高等级水泥混凝土路面必须设置传力杆,并且提出了加大传力杆直径的要求,因此刚性路面的钢材用量急剧增加。近年来,国内外钢材价格一直呈上升趋势,水泥混凝土路面建设将面临着大幅提高成本的局面。此外,钢筋由于接缝渗水容易导致锈蚀,而且钢筋表面硬度过大,在车轮荷载作用下极易导致与水泥混凝土接触面的损坏。因此,急需寻找一种钢质传力杆的替代品。由于复合材料具有的特性可以很好地解决以上问题,拟尝试利用填注混凝土玻璃钢管作为路用传力杆,就此进行了大量室内试验,并在野外修建了试验路。理论研究及试验结果表明,填注水泥混凝土的玻璃钢管代替传统的钢质传力杆是完全可行的。     

水泥混凝土路面传力杆接缝传荷数值模拟及实测分析

对多工况下的水泥混凝土路面传力杆接缝的数值模型进行分析,明晰了传力杆间距、尺寸、埋设深度,以及布设方式对传力杆接缝传荷能力的影响。通过路面结构足尺试验,考察了接缝的传荷分配规律。结果表明,传力杆实测的剪力传荷趋势与解析理论值基本吻合。     

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。     

水泥混凝土路面缩缝传荷体系的力学分析与优化

介绍了水泥混凝土路面增设传力杆构建缩缝传荷体系的必要性,提出了推荐的传力杆长度与直径比例、布设间距等;指出可靠、有效的缩缝传荷体系不仅能够改善面层板和基层的受力状态,而且有利于保持路面的整体使用功能、提高路面的使用耐久性。     

钢纤维混凝土路面接缝传荷能力试验研究

为研究正常使用状态下钢纤维水泥混凝土路面接缝的传荷性能影响因素及其衰减规律,对10块普通水泥混凝土路面板和10块钢纤维混凝土路面板进行了疲劳荷载试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度、混凝土板厚度及钢纤维掺量,分析了不同因素对钢纤维路面板接缝传荷能力的影响。结果表明:掺加钢纤维能够有效提高路面板的传荷能力,降低传荷能力衰减速率;钢纤维混凝土路面板的传荷能力随钢纤维掺量的增加而增大,受传力杆直径、长度影响较小;普通水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,均能够提高接缝的传荷效率,但提高幅度十分有限。     

不同施工方式对传力杆空间位置影响及接缝应力分析

汇总和归纳了施工后传力杆的所有可能的基础偏位,针对广西省某双向四车道高速公路传力杆不同植入方式(DBI法和支架法),采用德国某公司研发的无损检测设备对该条公路水泥混凝土路面进行传力杆空间位置现场检测。为确保检测具有较高的可信度,采用自制的模型对检测仪器进行了校验。校验结果证明了仪器工作性能良好,能够准确地检测出传力杆的空间位置。基于大数据对DBI和支架法植入的传力杆进行了路面检测分析,结合各个基础错位的控制指标,表明支架法植入传力杆空间偏位值小于DBI法。通过分析认为,DBI法具有较大的发展潜能。采用有限元分析软件,分析传力杆的偏转角度对混凝土板的最大应力及主应力分布状态的影响,得出传力杆的偏转角度应控制在5°以内的结论。     

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。     

滑模摊铺水泥混凝土路面胀缝技术分析

结合水泥混凝土路面接缝工程，讨论水泥混凝土路面胀缝结构形式、适用范围和与路面设计规范的不同点，分析水泥混凝土路面胀缝间距，指出传力杆及胀缝板安装精度要求，提出水泥混凝土路面胀缝的滑模施工方法。     

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。     

钢纤维水泥混凝土路面接缝传荷能力分析

对钢纤维混凝土中钢纤维的掺量与强度的关系进行了分析，得出路面中使用的钢纤维抗拉强度应不小于600MPa。对钢纤维混凝土纵向假缝的承载能力进行了讨论，认为纵向假缝可以取消拉杆；对钢纤维混凝土路面横向假缩缝的传力杆设置和分缝方式进行了探讨，提出了当钢纤维掺量为0．6％－1．0％，路面板长设计为7－12m时，可采用隔2道缩缝传力杆并加深2／5板厚切缝；中间2道缩缝可不设传力杆，并浅切缝，深度1／5板厚。     

分离式水泥混凝土加铺层设计

分离式水泥混凝土加铺层是旧水泥路面加铺改造的常见措施之一.从加铺层厚度设计、隔离层设计、缝距设计和传力杆设计4个方面介绍了分离式混凝土加铺层的设计方法.提出了隔离层选择方法、缝距设计公式,以及普通传力杆和可变间距传力杆设计方法.可为分离式水泥混凝土加铺层设计和施工提供理论依据和参考方法.     

好雨知时节

行走在横亘于山涧里的索桥上,此起彼伏的板块总给人一种举步维艰的感觉,而驱车行驶在出现错台、断板等病害的水泥混凝土路面上也会让人觉得如履薄冰、险象环生。对水泥混凝土路面的每条横向缩缝设置传力杆,正是为了提高板块间的传荷能力,避免错台、断板等现象的产生。