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。     

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。     

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。     

脱空耦合下水泥混凝土路面疲劳寿命影响因素分析

基于ANSYS建立板底脱空的水泥混凝土路面力学模型,计算其在不同因素影响下的最大弯拉应力,分析其应力变化规律。然后,再利用公式计算板底脱空水泥混凝土路面不同因素下的疲劳寿命,分析其变化趋势,为水泥混凝土路面板设计及后期维护提出依据。最后,再结合疲劳寿命计算结果,利用层次分析法确定板底脱空状态下影响其疲劳寿命的各个主影响因素所占权重。结果表明:脱空半径对其影响最大,权重占0.483,且脱空半径达到400mm时,随着其他各因素的不利发展,疲劳寿命趋于稳定;温度梯度影响下,各脱空半径影响下的弯拉应力变化规律整体一致;面层模量对疲劳寿命影响相对较小,仅占0.114;面层厚度为300mm时,水泥混凝土路面性价比较高。     

连续配筋混凝土路面温度场研究及设计参数敏感性分析

针对现有研究较少关注温度场形成条件对连续配筋混凝土路面(CRCP)结构设计参数影响的不足,依托南方某实体路面结构,以工程传热理论和有限元(FE)方法为指导,利用Fortran语言编制的热力学边界条件子程序拓展有限元软件Abaqus的主程序功能,对CRCP的温度场进行了仿真模拟,对钢筋埋置位置的温降幅值和正、负温度梯度等设计参数的敏感性进行了分析。计算结果表明:①CRCP板厚越大,正、负温度梯度越小;②钢筋埋置位置越深,温降幅值越小;③水泥混凝土的热传导率越大,正温度梯度越大,负温度梯度减小,温降幅值变化不大;④两个温度参数(温降幅值、温度梯度)均随水泥混凝土比热容的增大而减小。     

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。     

水泥混凝土路面半刚性基层的适宜厚度

半刚性基层是水泥混凝土路面常用的基层类型。通过计算不同道路等级、累计当量轴次、水泥混凝土面层和半刚性基层厚度条件下水泥混凝土路面的行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力,分析其变化规律,提出了水泥混凝土路面半刚性基层的适宜厚度,供工程设计人员参考。     

温度梯度对水泥混凝土路面板弯沉测试值的影响及其修正的研究

影响水泥混凝土路面板弯沉侧定值结果的因素诸多,其中温度梯度的影响对其测定值结果最为复杂,依托不同时段温度大量测定数据,研究和分析了路面板翘曲变形对弯沉的影响规律,进而,总结归纳出二个温度梯度界限;不需要修正的"温度梯度下限"和可予修正的"温度梯度上限";提出了修正方法和相应回归公式,为发现与分析水泥混凝土路面板弯沉测定值的失真和科学有效的确定测定结果确定提供了参考依据。     

温度梯度对水泥混凝土路面板弯沉测试值的影响及其修正的研究

影响水泥混凝土路面板弯沉侧定值结果的因素诸多,其中温度梯度的影响对其测定值结果最为复杂,依托不同时段温度大量测定数据,研究和分析了路面板翘曲变形对弯沉的影响规律,进而,总结归纳出二个温度梯度界限;不需要修正的＂温度梯度下限＂和可予修正的＂温度梯度上限＂;提出了修正方法和相应回归公式,为发现与分析水泥混凝土路面板弯沉测定值的失真和科学有效的确定测定结果确定提供了参考依据。     

重载及脱空耦合状态下混凝土路面疲劳寿命分析

重载及板底脱空是引起水泥混凝土路面早期破坏最主要的2个因素,采用三维有限元方法对水泥混凝土路面在重载及板底脱空耦合状态下的应力及疲劳寿命进行了分析,结果表明,在温度、重载及脱空等几种不利因素的共同影响下,路面板受力状况急剧恶化,路面的使用寿命大大缩短,有时甚至可能产生极限破坏.     

重载及脱空耦合状态下混凝土路面疲劳寿命分析

重载及板底脱空是引起水泥混凝土路面早期破坏最主要的2个因素,采用三维有限元方法对水泥混凝土路面在重载及板底脱空耦合状态下的应力及疲劳寿命进行了分析,结果表明,在温度、重载及脱空等几种不利因素的共同影响下,路面板受力状况急剧恶化,路面的使用寿命大大缩短,有时甚至可能产生极限破坏.     

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。     

水泥混凝土轮迹路面板合理尺寸的确定

水泥混凝土轮迹路面是一种适用于小交通量的新型路面结构形式,在中国的广大农村及景观区有着广阔的应用前景。笔者致力于对水泥混凝土轮迹板合理尺寸的研究,利用有限元数值法进行不同尺寸轮迹板内的受力状态分析,计算得出荷载疲劳应力和温度疲劳应力,并据此提出控制标准,在满足此控制标准的前提下,确定出轮迹板的合理尺寸范围。     

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。     

考虑冻融损伤效应的水泥混凝土路面设计方法

为了在水泥混凝土路面设计方法中合理考虑冻融损伤对路面使用寿命的影响,基于疲劳损耗等效原理,提出通过引入冻融损伤系数kd来考虑冻融损伤对路面使用寿命影响的方法,分析了抗冻等级、年平均交通增长率、区划参数以及最大温度梯度标准值、材料参数和面层厚度等因素对kd的影响。结果表明:除抗冻等级外,其他因素对kd的影响不大;当冻融介质为水溶液时,kd值在0.8左右变动;当冻融介质为盐溶液时,kd值在0.7左右变动。研究成果为在水泥混凝土路面设计中考虑冻融损伤效应提供了一种方法。     

碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力分析和开裂预估

将碎石化的结构层分为上部、中部、下部3个部分,对其加铺层应力进行了分析,并对水泥混凝土加铺层的开裂进行了预估。结果表明:在进行碎石化层的水泥混凝土路面结构时,对路面寿命有较大影响的因素有行车道板间及板纵向的传荷能力、碎石化层温度梯度、下部模量、脱空面积以及水泥混凝土加铺层厚度,沥青混凝土夹层厚度、路肩和行车道、摩擦系数对路面结构使用寿命影响非常小,可忽略。在对疲劳开裂进行预估的时候,可以控制载荷疲劳应力的大小以及温度的疲劳应力,防止水泥混凝土路面板产生疲劳开裂,这样水泥混凝土的设计抗拉弯强度就会小于其综合作用力,并给出了疲劳断裂极限状态计算公式及相应的可靠度系数。     

复杂环境下长大隧道水泥路面疲劳性能分析与施工优化研究

以汕湛高速公路东岭长大隧道为项目依托,探讨了长大隧道水泥路面所面临的温湿环境和荷载特性。针对温度梯度一昼夜只发生一次能产生翘曲的反转,并且板底翘曲应力会对交通荷载产生抵消效应的特点,提出隧道水泥路面求解疲劳应力的分析状态。基于Ever FE有限元分析软件对层位的接触状态、相邻板块的连接状态、温度梯度和荷载的作用形式以及材料参数进行了设定,对多种工况进行数值计算,深入分析了板厚、轴重、基岩模量对板块划分的影响,提出施工优化和质量控制建议。     

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。     

弹性层状路基刚性路面动力特性数值仿真分析

高等级公路路面结构体系的动力特性研究一直倍受工程界关注,由于动测试验实施数量有限且数据样本庞大,因此研究人员更多是采取数值仿真技术来对公路设计进行指导。采用刚性路面板与具有横观各向同性体性质的路基体构建高精度数值仿真模型,使用有限元—无限元耦合算法,编制相应的Matlab程序对实际工程中的水泥混凝土路面——层状路基结构体系进行静动力仿真计算。研究表明:通过模拟该体系在均布静载下的地基沉降数值计算,指出在利用有限元—无限元耦合方法解决板与地基构建的路面结构体系的基础上,对板与地基引入横观各向同性理论是满足计算精度要求的,并且使计算模型更接近实际情况,计算结果更具有实际指导意义;同时通过模拟车辆移动荷载对路面结构体系进行动力响应分析,对比考虑横观各向同性与否两种理论模型的计算结果,揭示了此结构体系位移、加速度最值的变化规律,为工程设计路面体系动力特性提供了一种高精度数值仿真方法。     

地震波法检测水泥混凝土路面板脱空室内试验研究

分析了地震波法检测水泥混凝土路面脱空的基本原理。借助IDTS3850振动测试仪,进行了室内混凝土脱空板振动模拟试验,记录与分析了室内不同脱空状态下水泥混凝土路面板的微地震波,初步获得了室内模拟水泥混凝土路面板在不同脱空状态下的振动特性规律。结果表明:室内板底脱空程度越严重,板体振动系统受到激励作用时产生的自然频率越低,振动时间越长,振幅则越大。