基于水-热-力耦合作用的冻土区CRCP路面应力特性

为了研究多年冻土区地基融沉效应对路面结构应力状态的影响,基于水-热-力耦合作用理论,利用COMSOL有限元软件建立了冻土区连续配筋混凝土路面(CRCP)有限元模型,研究了基层与底基层材料参数、面板厚度与模量、配筋率对CRCP路面结构组合应力的影响,提出了适用于多年冻土区CRCP路面的合理结构形式.结果表明,地基融沉效应对于CRCP路面结构应力影响显著.融沉效应和车辆荷载耦合作用下,板内最大主应力随时间推移逐渐变大.板内最大主应力随面板、基层和底基层的厚度增加而减小,随各层模量的增加而增大,但配筋率的变化对其无影响.考虑融沉效应时,CRCP路面板+水泥稳定碎石+石灰土的路面结构较适宜于多年冻土区,可为多年冻土地区CRCP路面结构设计提供参考.     

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。     

冲击碾压、橡胶沥青及应力吸收层组合技术在公路工程中的应用研究

分析了冲击碾压的作用机理、橡胶沥青的生成机理及应力吸收层应用性能.基于"强基薄面"理论,开展了冲击碾压、橡胶沥青及应力吸收层工艺组合技术在公路工程中应用试验研究.结果表明:对淤泥质软弱地基上的填石路堤进行冲击碾压加固是动力压密和动力固结双重作用结果;橡胶沥青的形成机理是胶粉与基质沥青在高温条件下混合后同时发生物理和化学两种反应,但以物理溶胀为主;橡胶沥青应力吸收层具有吸收应力、减缓反射裂缝、防水和增强层间黏结等优良功能.冲击碾压、橡胶沥青和应力吸收层组合技术现场应用效果良好.     

非均布温度条件下CRCP+AC复合式路面温度应力分析

根据传热学相关理论,应用大型有限元软件ANSYS10.0对夏季高温条件下CRCP+AC复合式路面瞬态温度场进行了模拟,利用温度-结构耦合原理计算了日周期气温下路面结构的温度应力.分析过程中,考虑了温度沿路面深度方向分布的非线性特征及初始参考温度的非均匀性,对CRCP+AC复合式路面温度应力的影响因素进行了分析.研究结果表明,AC层厚度、CRC层厚度、CRC与基层接触条件的改变对路面结构温度应力的影响较大.当AC层厚度小于6 cm后,改变CRC层厚度对混凝土板温度应力影响不大.     

移动荷载作用下连续配筋混凝土路面三维有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了连续配筋混凝土路面的三维有限元模型,利用用户子程序VDLOAD模拟了行车荷载的动力加载作用,分别采用梁单元和rebar单元模拟CRCP面板中的纵、横向钢筋的加筋作用,取得了较好的计算效果.计算分析中考虑了交通荷载、车速、纵向配筋率、钢筋布置位置和面板厚度等不同的内外影响因素,以路面结构的应力、应变与竖向位移为主要评价指标,揭示CRCP路面的动力响应特征.分析认为:CRCP路面的动力响应对于交通荷载的大小较为敏感;从纵向钢筋的受力角度看,宜在面板上部配置钢筋;钢筋在动力作用下发生屈服或者破坏的可能性较小,应该关注路表裂缝渗水所引起的病害;低纵向配筋率时,增加CRCP面板厚度的方法不可取,而薄板高配筋率的建设方案更加有利于今后路面的维护和改建.     

新型双层CRCP结构及在城市道路中的应用

针对目前水泥混凝土路面的结构特征和缺陷,研发双层连续配筋混凝土路面(CRCP)新结构,上基层采用贫混凝土,下基层采用沥青碎石或级配碎石,基层和面板之间设细型沥青混凝土夹层;面板设上、下2层连续钢筋,通过专门设计的支座固定,其中上层只设纵向钢筋,下层设纵横向钢筋;研发适用于双层CRCP新结构的接缝及施工方法,保持接缝处钢筋连续,有效解决现有接缝存在的问题。研究结果表明:双层CRCP新结构的疲劳寿命得到有效提升,在不良地基与板底脱空不利状况下更具优势和适用性;新型路面结构的部分技术特征已在实体工程中得到有效应用,且横向裂缝及平整度等关键技术指标满足要求;所提出的设计方法可为CRCP合理设计提供参考。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响.路面结构计算与分析表明在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响.     

路面板断裂尺寸对沥青加铺层应力的影响

采用冲压技术断裂稳固路面板，再加铺沥青面层是旧水泥混凝土路面维修改造的方法之一。采用三维有限元法，分析了水泥混凝土路面板断裂尺寸与沥青加铺层的荷载应力、温度应力、耦合应力及基层顶面的压应力之间的关系，并在试验路研究的基础上，提出了旧水泥混凝土路面板合理的断裂尺寸。研究表明，路面板的断裂尺寸选择在80～100cm较为合理。     

重载和温度作用下橡胶沥青应力吸收层的抗裂性能

目的探索沥青路面应力吸收层的防裂效果,提高重载及低温环境下沥青路面的使用寿命.方法运用ABAQUS软件建立含裂缝沥青路面三维有限元模型,通过分析对比沥青路面面层层底σ_(11)、σ_(22)、σ_(33)、τ各应力值及路表弯沉值,确定橡胶沥青应力吸收层合理厚度和弹性模量;在低温状态下,分析橡胶沥青应力吸收层的厚度和弹性模量分别对沥青路面面层表及面层底的拉应力及剪应力的影响,从而确定橡胶沥青应力吸收层在低温和重载环境下的防裂效果.结果在重载交通作用下橡胶沥青应力吸收层推荐的厚度为3 cm,弹性模量为800 MPa;在低温状态下,橡胶沥青应力吸收层的厚度对面层底的拉应力影响很大,而弹性模量对面层底部拉应力的影响很小.结论橡胶沥青应力吸收层对沥青路面裂缝的产生起到很好的抑制作用,能消散面层与基层之间力的作用从而延缓反射裂缝的发生,延长路面的使用寿命.     

基于沥青加铺路面的应力吸收层指标的研究

针对旧水泥混凝土路面沥青加铺路面反射裂缝比较突出的问题,对扬州地区的典型加铺路面(328国道海宁线仪征段133K～146K和158K～163K)进行深入的调查,得出反射裂缝主要取决于接缝处治不合理和层间粘结强度不足。本文通过大量的应力吸收试验,对9种粘层沥青类型、"两油一料"的应力吸收层结构以及不同级配的应力吸收层集料的进行剪切和拉拔试验,确定了最佳的粘层沥青类型和撒布油量以及应力吸收层集料的级配类型。结果表明:壳牌沥青其作为粘结层抗剪切和抗拉拔强度最大;"两油一料"撒布时,最佳沥青撒布油量为:第一层1.0kg/m2,第三层0.5kg/m2;集料选择单一粒径粘结效果最好。     

重载旧混凝土路面沥青加铺层设计方法

针对中国重载旧混凝土路面加铺设计方法不完善的现状,依托夏家营-汾阳高速公路旧混凝土路面加铺改造工程这一成功实践,分析了重交通旧水泥路面加铺中面板及加铺层的力学响应,考虑板底脱空对沥青加铺层预期寿命的影响,提出基于力学-经验的重载条件下沥青加铺层设计方法.与中国规范方法相比,该方法将旧路面状况对加铺层反射裂缝的影响考虑在内,保证加铺层在3年内不出现反射裂缝.     

旧水泥混凝土路面沥青罩面层反射裂缝的防治

从旧水泥混凝土路面沥青罩面层反射裂缝的形成机理、防治措施入手,阐述了在施工时设置应力吸收层的必要性,并重点论述了玻纤格栅应力吸收层的特点及其在施工中的应用。     

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。     

多年冻土地区沥青路面结构响应分析

采用ABAQUS软件进行了多年冻土地区不同沥青路面结构响应分析.分析结果表明,路基融沉深度决定了路面位移的大小,路面结构形式对路面位移影响不大,而路面基层底部拉应力主要受路面结构形式影响.随着融沉深度增加,路面位移显著增加.级配碎石基层路面层底拉应力最小,沥青稳定基层路面层底拉应力与其相当,而半刚性基层路面层底拉应力最大.考虑到级配碎石基层的强透水性、低抵抗重载交通能力等缺点,提出沥青稳定基层更适合于多年冻土地区.     

公路隧道复合式沥青路面结构设计方法

建立了公路隧道复合式沥青路面结构的三维有限元分析模型,对单轴双轮轴载作用下的隧道复合式沥青路面结构接缝处沥青混凝土层内部和界面处应力进行了分析比较,确定偏载为最不利加载位置,提炼出关键的设计指标:纵缝边缘加载位中心对应的沥青混凝土层底水平拉应力和接缝处沥青混凝土层顶面竖向剪应力.利用多元非线性回归技术对分析结果进行整理,得出了高强度基岩下的应力回归公式,并通过工程实例阐明了公路隧道复合式路面结构沥青混凝土层厚度设计计算步骤.     

水泥路面加铺改造技术研究

防治反射裂缝,使现有道路能够继续承担未来的交通荷载是旧混凝土路面加铺沥青混凝土需要解决的主要问题.橡胶沥青应力吸收层具有吸收应力、减少反射裂缝、防水、粘接力强等优点.通过工程实例,对沥青加铺层反射裂缝产生机理、加铺层设计方法以及基于应力吸收层的沥青加铺层结构及材料等作一些探讨;重点论述橡胶沥青应力吸收层的作用机理和相关的施工工艺.     

旧水泥路面加铺橡胶沥青应力吸收层施工研究

目前工程中有用橡胶沥青应力吸收层来减少旧路面加铺沥青面层时反射裂缝的方法,但相关技术尚不成熟。本文结合国内某路的改造工程,对水泥混凝土路面加铺橡胶沥青应力吸收层的施工技术进行了系统研究,提出了从原材料制备、施工前准备和施工中控制三方面进行控制的关键技术。     

水泥混凝土路面应力吸收层功效分析

由于旧水泥混凝土路面接缝点存在应力集中,旧水泥混凝土路面上的加铺层极易产生反射裂缝;而设置了应力吸收层的水泥混凝土路面加铺层却得到良好的改善,为了验证水泥混凝土路面中应力吸收层的功效并探究功效大小,利用有限元原理,对设置应力吸收层和未设置应力吸收层的加铺层路面结构进行分析;通过建模分析,结论数据表明,设置应力吸收层后,水泥混凝土路面接缝点的加铺层结构受到的应力得到很大程度的缓解,从而有效控制反射裂缝的发生和延伸恶化,延长了公路的使用寿命.     

弹性沥青应力吸收防水层在旧路改造中的应用

弹性沥青应力吸收层具有优异的防水作用、抗变形能力,对旧水泥路面反射裂缝具有优良的应力吸收能力,对延长沥青加铺层寿命具有重要意义,文中主要介绍了弹性加层设计与施工,为弹性应力吸收层应用提供有益参考.     

水泥混凝土路面加铺沥青层结构应力分析

为了指导旧路加铺工程合理设计,对加铺结构在交通荷载作用下的受力状态进行了分析。基于路面力学弹性层状体系理论,建立了旧路加铺路面的轴对称有限元模型。主要考虑交通荷载作用,分析了沥青加铺层层底拉应力、剪应力和旧水泥路面层底的拉应力等指标。考虑加铺层和应力吸收层模量的影响对路面结构的力学响应进行了分析计算。为了快速计算材料力学性能对路面结构受力的影响,基于数值计算结果给出一个路表弯沉和沥青加铺层底拉应力的简易计算公式。结果表明:在车辆轴载作用下,增设应力吸收层会减小路表弯沉、沥青层底拉应力、新旧层间的剪应力和水泥层底拉应力各项指标,对于改善路面结构受力状态有积极影响;随着沥青面层模量的增加,路表弯沉、沥青层底剪应力和水泥层底拉应力都趋于减小,但是沥青层底拉应力会增大。由此建议在旧水泥路面加铺沥青面层设计时,应适当选用高模量的沥青混凝土材料,可以缓解路面新旧层之间的剪切脱层破坏,进而延长旧路改造路面的服役寿命。