水泥混凝土路面脱空状态下的荷载应力

探讨了板底脱空的形成机理及一般图式，应用有限元方法，详细分析了不同地基模型（文克勒地基和弹性半空间地基）、不同车辆荷载（单轴、双轴和三轴）作用下无限大板和有限尺寸板在脱空状态下的荷载应力，研究发现，脱空状态下板的荷载应力是未脱空时的1．0～4．6倍不等．通过引入板尺寸修正系数、脱空应力修正系数，给出了考虑脱空影响的路面板荷载应力一般计算式，回归了未脱空无限大板荷载应力，分析了板平面尺寸的影响，提供了脱空应力修正系数诺模图，结果可用于水泥混凝土路面快速评定与断板防治．     

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。     

含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理

为获得含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理,开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,并研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响.研究结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅逐渐减小,路面结构的荷载应力也逐渐减小.随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系.     

基于板底脱空的水泥混凝土道面结构理论分析

地基的不均匀沉降将使水泥混凝土道面处于不利受力状态,当板下产生脱空时,板在自重作用下将产生相当于恒载的附加应力,影响道面结构的疲劳寿命.针对盾构穿越机场水泥混凝土道面导致板底脱空的现象,构建了自重作用下水泥混凝土道面板底脱空的力学模型,并利用板壳力学有关理论推演了面层板的应力和挠度公式     

脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态

基于层间弹簧模型提出支承状态模拟方法,构建刚性道面板数值仿真模型。考虑不同飞机荷载和接缝状态,分析脱空影响下的道面板荷载应力增幅、位置偏移及重分布规律。结果表明:层间弹簧模型可准确地模拟脱空导致的刚性道面板支承损失以及不同脱空状态;随着脱空加剧,脱空区边缘的荷载应力增大,最大荷载应力在板厚方向上的位置由板底转移至板顶;当脱空区内最大荷载应力超过健康状态(即无脱空)下临界荷位的峰值应力时,该脱空状态即为临界脱空状态。相比传统弯沉指标,临界脱空状态能够更准确地反映脱空对道面结构的影响。     

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。     

压浆技术在混凝土路面加铺沥青薄层中的应用

板底脱空病害处治的好坏,直接影响到旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的效果和寿命。通过分析水泥混凝土路面接缝处弯沉差来评定压浆技术处治脱空板底的效果,解决了路面面板脱空病害处治质量判定的难题。     

灌浆技术在水泥混凝土路面板施工中的应用

水泥混凝土路面在我国已有多年的使用历史,近年来,我国现有的水泥混凝土路面有相当一部分已接近或超过设计年限,随着交通量的增加,尤其是汽车轴载日益重型化,在连续荷载作用下,出现路面损坏,使用品质下降等情况,水泥混凝土路面最严重的病害路面板的断板直至破碎,而这种情况往往是由于板下脱空所引起的。如果能解决板底脱空问题,那么水泥混凝土路面的使用年限将大大延长,板下灌浆技术是很有效的解决办法,它是通过对水泥混凝土路面板下灌注水泥浆液、水泥粉煤灰浆液、水泥砂浆,充实板底脱空空隙,达到稳定水泥混凝土板块的目的,改善路面通车状况的方法。     

基于弯沉比的水泥混凝土路面板底脱空识别方法

通过分析脱空产生和形成的机理以及板底脱空图式来确定脱空识别的研究方向．采用弹性地基板模型分析了落锤式弯沉仪（FWD）荷载作用下水泥混凝土路面的弯沉规律。回归得到了板角脱空范围与地基类型、地基刚度半径、路面板角弯沉比（FWD荷载作用于板角和板中时弯沉之比）之间的近似关系式,建立了通过比较实测弯沉比与理论弯沉比的水泥混凝土路面板底脱空的识别方法．工程实践表明,采用方法判别水泥混凝土路面板角脱空状况是可行的．     

基于弯沉指数的水泥混凝土路面板角脱空识别

采用弹性地基板模型，分析了落锤式动态弯沉仪（FWD）荷载作用下水泥混凝土路面的弯沉规律，回归得到了板角脱空范围与地基类型、地基板相对刚度半径、路面板弯沉指数（FWD荷载作用于板角和板中时的荷载中心点弯沉之比）以及邻板传荷能力之间近似关系式．建立了通过板角和板中的FWD实测弯沉盆数据，对比理论计算结果判别水泥混凝土路面板角脱空状况的方法．     

长寿命路面结构设计与寿命预估

为解决现有路面设计寿命不足、实际使用寿命短等问题,从长寿命路面设计思想出发,对PCC AC复合式路面(下面层为普通水泥混凝土,上面层为沥青混凝土)的荷载应力与温度应力进行分析,应用ANSYS分析软件,采用三维等参元法和弹性层状体系理论,分析确定PCC AC复合式路面的力学模型,同时结合依托工程的PCC AC长寿命路面结构进行试验验证.结果表明:影响PCC板底荷载应力和温度应力的主要因素为水泥混凝土板厚度、水泥混凝土弹性模量及AC层厚度,而AC层弹性模量对PCC板底温度应力影响较小;设计的复合路面使用寿命达到40 a以上.     

路面加铺后旧沥青混合料的疲劳性能

针对老路面沥青层在加铺前后的不同受力状态,提出了两级荷载疲劳试验研究加铺后老路面沥青混合料疲劳性能的思路.通过小梁试件的室内两级荷载疲劳试验,获得了几种常用沥青混合料的二次疲劳方程,并在考虑室内与野外疲劳寿命差异的基础上,建议方程修正系数取1200.推荐了老路沥青层混合料抗拉强度结构系数供加铺设计参考.研究表明:沥青混合料二次疲劳方程与常规一级荷载疲劳方程具有相同的型式,且两者疲劳曲线的斜率没有变化,但由于一级荷载损伤的不同,二次疲劳曲线的位置有不同程度的下移;推荐的老路沥青层混合料抗拉强度结构系数克服了现有规范中沥青混合料抗拉强度结构系数不能用于老路沥青层底拉应力验算的缺陷,可直接用于加铺层设计或验算.     

脱空对机场水泥混凝土道面荷载应力的影响

提出了通过建立ABAQUS三维有限元模型,将计算弯沉盆与实测弯沉盆对比,得到较为精确的计算脱空参数的方法,并计算了机场水泥混凝土道面板底不同脱空程度对道面板荷载应力的影响.计算结果表明:有限元软件计算道面弯沉中,以静载代替脉冲荷载对计算结果影响很小;脱空区域基础与面层并非完全脱离,其反应模量较原值有一定折减;在严重脱空区域,道面荷载应力较未脱空时可增大80%.     

声振法检测水泥混凝土路面板角隅脱空试验与数值仿真分析

目的研究声振法检测水泥混凝土路面板角隅脱空动力响应.方法针对水泥混凝土路面板角隅脱空,采用试验和数值仿真结合的方法,通过利用传感器采集和分析室内试验中水泥混凝土路面板的应变和加速度.同时结合试验情况建立水泥混凝土路面板角隅脱空有限元模型,对路面板进行数值仿真分析,并与试验解进行对比.结果随着水泥混凝土路面板角隅脱空面积的增大,路面板最大振幅对应的频率降低了23%,振动时间提高了63%以上,板的振动加速度和应变提高了1倍以上,其中板底应变大于板顶应变,且不同落锤高度也对试验结果有一定影响.结论角隅脱空水泥混凝土路面板的最大加速度、应变和振动时间明显大于非脱空水泥混凝土路面板,而最大振幅对应的频率小于非脱空路面板;角隅脱空试验解与数值解对比表明数值解是可行的,二者互相验证.     

硅粉路面混凝土的疲劳特性

为了研究硅粉混凝土的疲劳特性，以应力水平为O．70～O．85的疲劳试验为基础，采用双参数weibuU分布模型进行数据处理，建立了等效疲劳寿命预估方程和疲劳寿命预估方程，其中疲劳寿命预估方程能很好地反映不同应力级位对疲劳寿命的影响，同时与普通混凝土的疲劳性能进行了对比分析。结果表明，硅粉路面混凝土具有良好的疲劳性能，明显优于普通混凝土，在相同的荷栽作用下，其疲劳寿命较普通混凝土提高3～6倍。     

机场水泥混凝土道面板底脱空对荷载应力的影响

提出了通过建立ABAQUS三维有限元模型,将计算弯沉盆与实测弯沉盆对比,得到较为精确的脱空参数的方法,并计算了机场水泥混凝土道面板底不同脱空程度对道面板荷载应力的影响。计算结果表明：有限元软件计算道面弯沉中,以静载代替脉冲荷载对计算结果影响很小;脱空区域基础与面层并非完全脱离,其反应模量较原值有一定折减;在严重脱空区域,道面荷载应力较未脱空时可增大80%。     

机场水泥混凝土道面脱空判定及影响

根据现场实测弯沉数据和理论计算结果,提出了适用于机场水泥混凝土道面的基于HWD(High WeightDeflector)弯沉测试的脱空判定标准.采用三维有限元软件ABAQUS,分析了不同脱空状态对道面荷载应力的影响,并给出了不同脱空程度对道面使用寿命影响的算例.研究表明,水泥混凝土道面板边脱空判定标准为"板边弯沉/板中弯沉>1.8";板角脱空判定标准为"板角弯沉/板中弯沉>3.0";道面脱空严重时,道面板的荷载应力增幅超过250%,道面使用寿命下降迅速;在脱空发展初期时,脱空面积的影响并不显著,随着脱空区域基层反应模量下降,脱空面积影响的显著性迅速增大.     

温度作用下水泥面板的应力特征

研究表明,温度应力的产生是由于混凝土路面板的翘曲变形受到约束,而他的存在又会使面板产生脱空等现象,加速面板的损坏。文章研究水泥路面板在温度和轴载作用下的力学响应,给出了考虑固化温度梯度的正负温度梯度的计算方法,并采用三维有限元路面分析程序对水泥路面板的温度应力以及耦合应力进行分析,得到面板长宽比越大,采用线性与非线性温度梯度计算出的最大温度应力误差越大;温度应力沿板厚的变化先是随着板厚的增加逐渐减小,其减小的幅度随着板厚的增加而减小;层间接触取完全连续,温度应力值结果偏大,过于保守;路面板的铺筑时段最好选择在晚上。     

脱空对机场道面板接缝传荷能力影响分析

采用有限元分析方法和多组模型试验,对考虑板中脱空和板角脱空两种情况的机场刚性道面板接缝处的应力及传荷能力进行分析。结果表明,道面板接缝处的传荷效率、道面板板底最大弯拉应力随着板底脱空面积的增大而增大。对于相同的脱空面积,接缝传荷效率和板底最大弯拉应力随着地基反应模量的增大而减小;而且板中脱空状态下的传荷效率略高于板角脱空状态下的传荷效率,板中脱空对脱空面积的反应比较敏感,这说明板中脱空对道面板产生的危害比板角脱空对道面板产生的危害要严重。     

连续配筋水泥混凝土路面脱空状态下荷载应力参数影响分析

利用ABAQUS有限元软件,建立板底脱空状态下的三维有限元模型,研究不同脱空尺寸下,板厚、混凝土弹性模量、基层厚度、基层模量、裂缝宽度对CRCP板荷载应力的影响.结果表明,随脱空尺寸的增大,CRCP板的拉应力增长幅度先增大后减小,挠度增长幅度则持续增大;板厚的增加以及裂缝宽度的减小可以明显减小脱空状态下的荷载应力和挠度...