高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式. 研究结果表明： SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa（常温）、0.35~0.55 MPa（高温）;层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%（常温）、12.0%（高温）,层间最大拉应力升幅为12.0%（常温）、12.5%（高温）;通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.     

寒冷地区桥面铺装层层间工作状态

为了研究寒冷地区桥面铺装结构在交通荷载和温度应力耦合作用下复杂的层间受力状态,探究层间受力与各因素的响应关系,定量计算不同工况对层间力学响应的影响权重,最终得到基于实际工况下桥面铺装层层间工作状态,达到指导桥面铺装层间的设计、施工及检测目的。以北方寒冷地区的典型桥面铺装结构建立力学分析模型,引入针对沥青混凝土桥面铺装力学分析的有限元软件BISAR3.0程序,计算分析桥面铺装层层间剪应力分布特征。选取桥面铺装层在实际工作中层间剪应力影响因素中的桥面铺装层厚度、模量、桥梁纵坡、桥梁圆曲线半径、气温、超载6个主要实际工况,以最不利荷载位置为计算点位,分析了不同工况下铺装层层间力学行为。采用主客观赋权法相结合的层次-变异系数法综合评价不同工况条件对桥面铺装层层间剪应力的影响程度,引入桥面层间组合工况评价指数I,建立基于实际工作环境下桥面铺装层层间组合工况分级标准,评价其层间工作状态。研究结果表明:桥面铺装层和桥面板层间承受很大应力,桥面铺装层层间最不利荷载位置位于力学计算模型(1.0δ,1.5δ,0.11m)处(δ为轮胎当量半径);6种实际工况对层间影响程度差异明显,温度对层间剪应力影响所占比例最大,约为36.56%,铺装层模量的影响最小,仅为5.53%;组合工况分级共分3个等级,将评价指数I在0~50划分为1级,代表层间组合工况较差,层间剪应力代表值为0.26 MPa;3级时评价指数I为80~100,代表层间组合工况良好。     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

设防水层的混凝土桥桥面铺装结构剪应力计算与分析

摘要应用有限元法,对设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青铺装结构进行剪应力计算,分析了防水层的厚度、模量、泊松比、沥青混凝土铺装层厚度和模量等参数对结构层剪应力的影响,认为层间最大剪应力主要取决于面层厚度和防水层模量,相同的防水层模量通过增加面层厚度是降低层间剪应力的最有效手段。在计算与分析的基础上,给出了常用参数范围内的剪应力计算诺模图。     

混凝土桥面沥青铺装粘结层抗剪设计方法

介绍一种新的混凝土桥面沥青铺装粘结层抗剪设计方法.采用有限元法分析混凝土桥面铺装粘结层水平剪应力与法向正应力的分布关系.基于该关系图提出层间剪应力临界边界,分别从铺装结构参数、荷载方面分析影响层间剪应力临界边界的因素,给出了临界边界方程形式,并检验其合理性.提出荷载作用下满足层间不发生剪切破坏的基本条件为:层间剪切强度包络线与临界边界相离.最后给出了应用算例.     

FRP增强胶合木梁的粘结剪应力分析

基于线弹性理论推导出了几种常见荷载作用下构件的界面粘结剪应力的计算公式,并与有限元方法进行了对比,结果表明两种方法计算结果吻合较好．研究发现最大粘结剪应力的主要影响因素有：FLIP与胶合木间的弹性模量比值、FRP的配筋率、受拉面层单板的相对高度以及粘结界面的胶层厚度等,因此在设计此类结构构件时应适当选取这些参数．计算理论具有较好的精度,可用于FRP增强胶合木梁的设计计算与粘结剪应力分析。     

高等级公路沥青路面剪应力分析与应用

基于线弹性层状体系理论,采用路面结构有限元法,探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律、影响因素及其评价方法。通过选取不同路面结构参数,包括各结构层厚度、模量和泊松比等,在不同的点位,利用BISAR程序进行力学计算和分析,提出了沥青路面抗剪强度的确定和评价方法。研究结果表明:在不考虑各结构层材料性能和厚度时,最大剪应力均分布在距路表3cm深度范围内;影响剪应力的最主要因素是沥青层模量、泊松比和基层模量;对于普通3层沥青层面层结构,上面层和中面层应进行剪应力验算,下面层可根据实际情况确定是否进行验算;验算时,需找到准确的计算点位才能计算出各层内最大剪应力。     

沥青填入式伸缩缝铺装界面的力学行为特性

沥青填入式伸缩缝铺装中,界面是整个伸缩缝结构的最薄弱环节.鉴于此,文中选取公路-Ⅰ级荷载的最大轴重140k N作为计算荷载,在确定伸缩缝各组成部分材料参数的基础上,建立了沥青填入式伸缩缝铺装ANSYS有限元模型.通过计算4种不同荷位下的界面指标,并提取界面控制指标,进而分析伸缩缝材料模量、界面摩擦系数、界面高度差、水平力、轮胎接触压力等对界面控制指标的影响.结果表明:界面控制指标为界面拉应力、界面剪应力、界面竖向位移;水平力、轮胎接触压力对界面拉应力及界面剪应力的影响较大,模量比、水平力、轮胎接触压力对界面竖向位移的影响较大;选择模量较大的伸缩缝混合料、界面进行粗糙化处理、采用较小的界面高度差、防止车辆在伸缩缝上紧急启动或刹车、防止车辆超载等措施有利于缓解界面损害.     

大跨度桥梁桥面铺装温度效应仿真分析

针对环境温度变化对桥面铺装层受力的影响,提出了一些计算假定.以某高墩大跨连续刚构桥为研究对象,分析了温度变化对铺装层受力的影响.用整体温度变化来模拟年温差的影响,采用有限元的方法计算出温度变化引起的主梁挠度,拟合成挠度曲线,并由微元体的平衡条件导出了铺装层应力和层间剪应力的计算公式并得出相应的应力值;用局部温度变化来模拟昼夜温差的影响,采用先整体后局部的分析方法计算出铺装层内的应力.计算结果表明:在整体温度变化作用下铺装层的应力因其材料不同而异;在局部温度变化作用下铺装层内的应力受铺装层与主梁间的温差影响较大.     

沥青路面层间粘结性能的黏弹性有限元分析

为深入剖析半刚性基层沥青路面层间粘结性能,基于黏弹性理论,建立三维有限元模型研究不同层间接触状态下基面层之间的剪应力分布.考虑实际工程情况,引入夹层,应用层间剪力定量描述其与时间的关系,研究夹层存在薄弱粘结和夹层参数对层间粘结性能的影响.结果表明:随着层间摩擦系数的减小,层间剪应力逐渐减小,沿路宽方向的剪应力较大,层间接触不连续时,剪应力存在突变;引入虚拟夹层后,随着加载时间的增加,沿行车方向的层间剪力逐渐增大,沿路宽方向的层间剪力逐渐减小;由于夹层存在薄弱粘结,剪力向薄弱粘结周围扩展,剪力最大值也有一定幅度的增加;随着夹层抗压模量的增大,层间剪力最大值逐渐增大;层间剪力随着夹层厚度的增加而增大,且增大趋势接近线性变化.分析结果表明,沿路宽方向的层间剪应力对路面力学响应起着重要的作用,在路面设计中应对基面层间的抗剪性能给与足够的重视,需要设置粘结层来改善层间接触状态,并采取适当的方法来消除夹层薄弱粘结和优化夹层设计参数.     

考虑层间界面剪切损伤的复合式沥青路面力学特性

提出沥青路面层间界面剪切损伤本构关系方程、引入Goodman接触单元,模拟路面各分层之间的应力接触传递;基于ANSYS软件建立起考虑层间界面剪切损伤的沥青路面数值分析模型,对重载车辆制动荷载作用下典型复合式沥青路面结构的力学特性进行分析.研究表明,车辆轴重和层间粘结强度对层间界面损伤度、路面内水平剪应力及最大值位置、路面总沉降均有不同程度的影响;车辆超载1倍并制动时,层间界面损伤度最大值增加约50%,路面水平剪应力和沉降最大值翻1倍多;层间粘结强度减弱50%时,标准轴重车辆制动荷载下层间界面剪切损伤度翻1.5倍多,路面内水平剪应力、沉降最大值增加20%~30%.     

立转式开启桥铺装结构静动响应分析

为了探讨立转开启式桥梁桥面铺装早期病害的产生机理,从力学分析的角度出发,以天津海响螺湾开启桥为工程背景,采用有限单元方法,建立了开启桥正交异性钢桥面铺装体系仿真模型.对于桥梁闭合阶段,分析了铺装层在车载作用下的静力响应,并验证了模型的有效性;对于桥梁开启阶段,计算了不同开启角位置时铺装层的动力响应,并分析不同开启速度和铺装结构模量对铺装层动力响应的影响.研究结果表明:铺装层的剪切应力随着开启角度的增大而增加,开启角度和速度的变化会引起剪切应力的非均匀分布;在开启速度和铺装模量较大时,剪切应力将大于桥梁闭合通车状态下的最大不利应力,成为控制指标;由于环境温度的变化,铺装层的模量较难控制,因此提出一个适宜的开启速度以减小铺装层与钢板之间的剪切应力,而在设计开启速度较大时则提出模量的控制指标.     

行车荷载及路面结构对车辙影响的有限元分析

基于车辙的产生机理，采用实测轮胎接地压力，对柔性基层和半刚性路面结构内的剪应力进行三维有限元分析，结果表明，相同荷载条件下两种路面结构所受的剪应力有较大差异，水平力对剪应力亦有较大的影响；基层模量、面层厚度、面层模量对沥青层内的剪应力影响均比较显著．因此，为防治车辙，应该在路面设计时对路面结构组合类型的抗车辙能力进行充分的考虑，并严格控制超载．     

基于ABAQUS软件薄型沥青路面力学响应分析

为了掌握薄型沥青混凝土道路在车载作用下受力特点,道路结构层参数变化对沥青混凝土路面的力学响应,采用有限元软件ABAQUS建立薄型沥青混凝土路面的结构模型,通过有限元软件分析各结构参数的变化对沥青层底拉应力、路表弯沉、面层剪应力敏感性,并且对各个因素的敏感性进行评价。结果表明,面层模量和面层厚度的增加可减小路表弯沉,从面层模量和面层厚度的改变对路面指标的改变幅度来看,基层模量改变对层底最大拉应力的影响显著,面层模量的改变对面层位置不同处最大剪应力峰值的影响也比较明显。因此在薄型沥青混凝土路面技术应用中,应该加强控制基层材料性能指标。     

桥面混凝土裂缝处防水层抗拉分析

为充分了解桥面防水层的层间拉应力的变化规律,研究桥面混凝土裂缝处防水层的抗拉性能,利用有限元法对混凝土桥面铺装结构建模,分析了在行车荷载作用下,桥面各铺装层参数对桥面防水层层间法向拉应力的影响规律,并针对桥面水泥混凝土调平层裂缝处的防水层,建立了防水层张力计算模型.计算结果表明:沥青混凝土面层与水泥混凝土调平层的模或量和厚度、防水层厚度等参数的变化对层间法向拉应力影响很小;防水层模量是影响层间法向拉应力的主要因素,当防水层模量为10~50MPa时,对层间法向拉应力的影响最大,防水层模量为50~300MPa时影响较大,防水层模量为300~1500MPa时影响基本稳定.     

均布载荷下沥青路面层间粘结强度不同时层间剪应力变化规律

本文通过长大纵坡现场剪切试验得到的数据,利用ABAQUS建立有限元模型,深讨重栽车辆作用下沥青路面面层与半刚性基层之间完全连续,层间粘结两种情况的层间剪切应力分布规律,结果表明,不同粘结强度对层间剪应力有显著影响。     

基于响应面法的沥青路面剪应力分析

针对沥青路面内部剪应力过大及抗剪强度不足易导致推移、拥包、车辙等早期病害的问题,以路面结构参数,包括各结构层厚度、模量和泊松比为影响因素,以路面最大剪应力为目标函数,采用星点设计方法建立了路面最大剪应力的二阶响应面模型,对模型进行了精度分析,并对影响路面最大剪应力的因素进行了显著性分析.研究结果表明:通过响应面法建立的二阶模型具有很高的有效性和拟合精度,可以用于路面最大剪应力的分析和预测,并可以提取影响路面最大剪应力的单因素和多因素交互作用;同时,通过响应面法分析能够同沥青路面结构的设计联系起来,更好控制沥青路面的剪切破坏.     

桥面铺装层力学响应的有限元分析

应用有限元软件ABAQUS,建立桥面铺装动力分析三维有限元模型,分析上下层铺装厚度、层间接触状态、水平力、铺装材料等因素对桥面铺装层受力控制指标的影响规律。结果表明:面层最大拉应力峰值随铺装上层厚度的增大而不断增大;与完全连续的层间接触状态相比,不完全连续状态下的铺装层力学控制指标均有不同幅度的增长,其中铺装表面拉应力峰值增幅最大;水平力对铺装表面拉应力和表面弯沉影响很小,而铺装层间剪应力随水平力的增大而不断增大;不同的铺装材料对铺装层力学控制指标具有较大的影响,提高铺装材料的强度可有效降低铺装层的力学响应量。     

泡沫沥青冷再生路面结构剪应力响应分析

采用ANSYS有限元对泡沫沥青再生路面结构剪应力响应进行了分析,分析结果表明:基层模量是影响泡沫沥青再生基层路面面层和基层内最大剪应力的重要因素之一.面层剪应力随着基层模量增加而降低,相反,基层剪应力则提高,基层内最大剪应力在基层模量达到2 500MPa时几乎等同于面层内的最大剪应力.通过研究,论证了研究泡沫沥青冷再生混合料抗剪性能的必要性.     

贴片加固混凝土梁界面粘结剪应力的分析与计算

以弹性理论为基础,根据贴片加固混凝土梁的截面变形协调条件和静力平衡条件,推导出了任意线性荷载作用下贴片加固梁的界面粘结剪应力及片材端部界面最大粘结剪应力的计算公式,并给出了均布荷载和集中荷载2种情况下的具体表达式.研究结果表明:由于表达式考虑了混凝土梁、粘结胶层和加固片材性能对界面粘结剪应力的影响,因而具有更高的计算精度;采用这些公式可以对不同荷载作用、不同粘结长度和宽度及不同梁截面形式的贴片加固梁片材端部界面最大粘结剪应力进行验算,以防止加固梁片材端部出现界面剥离破坏.