滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板的影响

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板结构受力及变形的影响较大,设置满足路面结构受力及变形要求的滑动层,是决定斜向预应力水泥路面铺设成功与否的关键因素之一,建立斜向预应力路面结构1/4有限元模型,基于此模型分析了斜向预应力水泥路面板在车轮荷载和温度梯度荷载作用下,滑动层摩擦因数对其路面结构受力与变形的影响;运用解析计算法,研究了滑动层摩擦因数对路面板内温度伸缩应力的影响,以及温度应力作用下滑动层摩擦因数对路面板伸缩量的影响;并进行了斜向预应力路面板屈曲验算。研究结果表明:车轮荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数对路面板内应力及变形影响较小,可忽略不计;温度梯度荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数在0.3~1.2范围内变化时,路面板内最大主应力均小于水泥混凝土抗弯拉强度5 MPa,不会引起斜向预应力路面板开裂;温度荷载作用下,滑动层摩擦因数小于1.04时,路面板内伸缩应力不会引起路面板开裂,且滑动层铺设初期摩擦因数越小越有利于减小路面板内温度应力值;增大滑动层后期摩擦因数,有利于减小斜向预应力路面板端伸缩量,但不应大于1.04;斜向预应力路面板最不利屈曲临界温度为48.166℃,在通常外界环境温度下,斜向预应力水泥路面板不会发生屈曲失稳破坏。     

非线性温度梯度作用下水泥混凝土路面力学分析

为合理评价水泥路面温度沿深度方向的非均匀性分布对水泥混凝土板的应力和变形的影响,利用有限元软件模拟非线性温度梯度荷载;为分析不同程度非线性温度梯度对板的应力响应引入了非线性温度分布指数.研究结果表明:以线性温度梯度计算非线性温度梯度应力时,正温度梯度的应力偏大,负温度梯度的应力偏小.非线性温度梯度时板的变形和线性温度梯度板产生的变形则基本相同.负非线性温度梯度分布时:随着板厚和板弹性模量的增加,非线性温度梯度对板顶的应力影响增大;增加地基反应模量可以减小非线性温度梯度影响.并通过大量数据回归分析得出负温度梯度时板顶下最大应力计算公式.     

考虑层间粘结的水泥路面荷载应力数值模拟

为分析轴载和层间粘结程度对水泥路面荷载应力的影响,在基层和面层之间设置了反映层间粘结程度的接触单元,进而建立了车辆荷载作用下的水泥混凝土路面三维数值模型。利用模型分析了:1)标准轴载下层间粘结状态对水泥路面面层和基层应力的影响;2)轴载对水泥路面荷载应力的影响。结果表明:1)随着层间粘结程度增加,水泥路面板底拉应力减小,基层底拉应力增加,但基层底拉应力不大;2)随着轴载增加,水泥路面板底拉应力增加。随着粘结程度增加,板底拉应力增长速率越来越低;3)在超载条件下,综合考虑荷载应力和温度应力,层间完全粘结更有利于水泥混凝土路面板承载。     

锯缝前后混凝土面板早期温度特征及应力分析

基于混凝土路面早龄期的温度监测数据,采用有限元软件对路面板的早期温度特征与温度应力进行了分析.研究发现:水泥混凝土路面在铺筑后24 h内增温幅度比较大,随后减小;在水化热阶段,板温先随着深度的增加而加大,而17 cm深度以下,随着深度的增加,板温逐渐减小,且不同深度之间的温度差会随着深度的增大而逐渐减小;锯缝前,7:0...     

板底脱空水泥路面疲劳寿命预估方程研究

为了建立脱空状态下水泥路面疲劳寿命预估方程,基于ANSYS建立板底脱空的水泥路面力学模型,计算其荷载应力和温度应力,分析其较已有计算方法产生偏差的主要影响因素,提出相关修正系数。然后,利用层次分析法确定板底脱空状态下相关脱空修正系数各个影响因素所占权重。最后,根据数据统计结果,运用多元非线性回归方法确定其修正系数计算方法,并构建最终板底脱空下疲劳寿命预估方程,为水泥路面板设计及后期维护提出依据。结果表明:荷载大小及脱空半径对荷载应力影响较大,分别可以达到0.5~1.3倍和0.1~0.5倍,对疲劳寿命影响达到0.6~1倍和0.7~1倍;脱空半径及深度对温度应力影响较小,但在温度梯度下影响较大,达到11.6%,对疲劳寿命影响最大达到0.5倍;面板厚度小于300 mm时,水泥路面板受力状况不利,疲劳寿命骤降。     

水泥混凝土路面板早龄期固化性状数值分析研究

基于水泥混凝土路面板早龄期力学仿真,开展夏季不同施工时段、边界约束对面板固化性状的影响研究。研究显示,施工季节、昼夜温差、结构约束等显著影响固化翘曲和残余应力。面板早龄期存在典型的板角向上固化翘曲和不对称翘曲模式,面板28天残余应力主要为板顶受拉形式。接缝约束显著减小约束边板角翘曲,增大面板板顶残余拉应力分布面积,应力峰值影响较小。研究提出零平均应力温度梯度参数表征固化翘曲和初始应力状态两方面影响,面板早龄期温度加载历史中正温度差量级、时长较大,面板早期更易形成零平均应力正温度梯度。计算早龄期性状影响效应时,28天零平均应力温度梯度范围可考虑取值0.25℃/cm~0.57℃/cm区间。     

青藏公路沥青路面结构温度应力影响因素分析

针对青藏公路沿线常年低温、昼夜温差大等气候特点,利用ANSYS大型有限元分析软件,在温度场研究的基础上,计算分析了面层厚度、面层模量、面层线膨胀系数及不同气温状况对温度应力的影响。结果表明:随着面层厚度的增加,沥青混凝土路面面层底面的温度应力变化幅度最大;面层弹性模量对路面结构层温度应力的影响较大,但其影响深度有限;沥青路面结构层温度应力随着面层线膨胀系数的减小而减小,温度越低,其影响越大;温度越低,温差越大,沥青路面结构层的温度应力越大。     

水泥混凝土路面板早龄期固化性状数值分析

基于水泥混凝土路面板早龄期力学仿真,开展夏季不同施工时段、边界约束对面板固化性状的影响研究.结果显示,施工季节、昼夜温差、结构约束等显著影响固化翘曲和残余应力.面板早龄期存在典型的板角向上固化翘曲和不对称翘曲模式,面板28 d残余应力主要为板顶受拉形式.接缝约束显著减小约束边板角翘曲,增大面板板顶残余拉应力分布面积,应力峰值影响较小.研究提出零平均应力温度梯度参数表征固化翘曲和初始应力状态两方面影响,面板早龄期温度加载历史中正温度差量级、时长较大,面板早期更易形成零平均应力正温度梯度.计算早龄期性状影响效应时,28 d零平均应力温度梯度范围可考虑取值0.25～0.57℃·cm~(-1)区间.     

温度变形对刚性路面路基的影响

研究了水泥混凝土路面板温度变形的大小,视刚性路面板为自由矩形薄板,当温度沿板厚非均匀分布时,路面板变形后呈球面,据此得到挠度表达式;考虑变形后路面板在自重和车轮荷载作用下的变形,计算出由此产生的路基沉陷量;根据板中不发生脱空现象的条件,计算出板角处路基应有的沉陷量,采用等效法近似地得到路基顶面回弹模量值.计算结果表明,在刚性路面结构中,欲保证路面板不产生脱空,路基顶面回弹模量不宜过大,建议在规范中对其规定上限值.     

板角断裂机理及厚型混凝土路面的应用研究

分析了水泥混凝土路面易于产生板角断裂的原因,用数值模拟方法分析了完全接触和脱空条件下板角的应力变化规律,结果表明:板角的实际工作状态与设计的状态不相符是导致其断裂破坏的主要原因;不同接触条件下,混凝土路面板角的应力变化规律不同,脱空后的板角应力呈抛物线变化,增加板厚可以显著减小脱空板角的应力。基于脱空板角应力随板厚的变化规律,铺筑了厚度达46 cm的混凝土路面,测试了厚板和薄板混凝土路面板角和临界荷位的应力,研究了厚型混凝土路面的施工工艺,分析了厚型混凝土路面的经济性。结果表明,厚板对于减小临界荷位处和板角的应力效果明显,厚型混凝土路面施工工艺简便,使用寿命长,性价比远高于沥青路面。