重载与轴温耦合对混凝土路面传力杆装置应力集中状态的影响

水泥混凝土路面缩缝传力杆装置在重载交通环境及大温差地区轴温耦合条件下易发生传荷失效现象。针对典型重载车辆轴载条件与大温差地区混凝土路面板内的温度梯度情况,通过模型分析法,研究了车辆轴载及轴温耦合条件下传力杆周边混凝土材料内的应力分布状态。提出了缓解荷载传递过程中传力杆与混凝土材料高接触应力水平的方法。研究发现:车辆轮胎与路面接触位置下方传力杆附近的应力集中区域是荷载传递过程中缩缝结构的最不利位置。严重超载车辆通过缩缝结构时,传力杆周边区域内的应力水平接近混凝土材料的承载极限。水泥混凝土路面板的正温梯度翘曲变形可与车辆的荷载应力相叠加,造成传力杆与混凝土在接触面附近产生较大的接触应力。增加传力杆直径,提高混凝土的承载面积,可显著缓解混凝土内的应力集中状态,有助于提高缩缝两侧混凝土路面板边的抗裂性能。     

设传力杆的刚性道面板接缝力学性能研究

基于Winkler地基模型,建立考虑传力杆与混凝土接触的机场刚性道面三维有限元模型。采用单因素分析法,讨论了五种不同水平的道面板厚度、传力杆直径、间距及地基刚度各因素对接缝处水泥混凝土道面板应力、接缝传荷能力、传力杆与道面板间界面拉应力以及传力杆剪应力的影响。结果表明:同一荷载条件下,混凝土板厚由250 mm增大到450 mm,板底水平弯拉应力降低68.4%,传荷系数降低8.8%,界面拉应力降低52.4%,传力杆剪应力降低28.2%,影响显著,而传力杆间距和直径的影响次之。此外,地基刚度参数对传力杆剪应力的影响很小,可以忽略。同时,基于相似理论,设计接缝设传力杆的道面板室内模型试验,并将实测结果与数值模拟结果进行比较,结果表明两者的位移传荷效率与传力杆内力分布规律基本吻合。     

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。     

接缝设传力杆水泥混凝土面层结构力学分析

建立接缝无传力杆及设传力杆时水泥混凝土面层结构的三维有限元模型,运用数值分析方法,分析接缝处水泥混凝土面层的荷载应力、弯沉值和弯沉差,研究了地基模量、传力杆直径对荷载应力及弯沉差的影响规律,并对条件相同的计算结果进行了对比分析.结果表明:计算点的主应力、剪应力、弯沉值和弯沉差随着传力杆直径的增加而呈现减小趋势;当传力杆直径大于35mm时,传力杆直径的增加对降低水泥混凝土面层内计算点的应力值效果已不明显;接缝设传力杆时水泥混凝土面层计算点荷载应力和弯沉差明显小于无传力杆时相应的计算结果;当地基模量不大于800MPa时,建议基于剪应力去估计接缝传荷效率;当地基模量大于800MPa时,建议基于弯沉值或主应力去估计接缝传荷效率.     

日照作用下混凝土箱梁竖向温度梯度场研究

文章以混凝土连续刚构箱梁桥为研究对象,应用热成像仪实地观测日照温度荷载作用下混凝土箱梁桥中的温度场日变化规律,并分析其最大竖向升、降温温度梯度荷载分布形式及大小;采用ANSYS软件数值模拟分析温度梯度荷载在结构中产生的效应,同时与现行规范进行分析对比。分析结果表明:日照温度荷载在混凝土箱梁桥中产生的竖向升、降温温度梯度场呈曲线型分布,并在箱梁的底板存在温差现象;温度温梯度荷载在混凝土箱梁的腹板、底板中均有应力产生;观测分析所得的温度梯度荷载与现行规范规定的温度梯度荷载在结构中的分布形式、数值大小及其在桥梁中产生的效应方面差异较大。     

传力杆参数对杆周混凝土力学响应的影响

建立三维有限元实体模型,将混凝土-传力杆摩擦系数、传力杆直径、传力杆布设间距、面板厚度作为影响因子,采用单因子轮换法,分析传力杆杆周混凝土力学响应的变化规律.结果表明,随着混凝土-传力杆摩擦系数的增大,最大水平拉应力显著减小,而竖向拉应力不降反增,故存在合理的界面摩擦系数;在传力杆直径从28 mm增加到36 mm过程中,界面应力水平下降幅度较大;随着传力杆布设间距的增大,界面应力不断增长,且增长速度随着间距的增加而增加;增加面板的厚度,会少量降低杆周围混凝土的各应力水平.     

日照作用下遂德高速不等跨径装配式桥梁的温度效应

山区不等跨径装配式桥梁在日照温差影响下存在较高程度的开裂风险，本文以遂德高速公路在建九岭岗大桥为工程实例，采用Midas civil数值模拟并结合现场温度场监测的方法，研究了在不等跨径桥梁结构中的温度效应问题，并与现行规范进行对比分析.研究结果表明：温度梯度沿主梁竖向变化显著，高温差主要位于顶板；温度梯度作用下主梁顶板下缘的拉应力最大，较大的温度应力易使混凝土产生纵向裂缝；温度梯度效应作用下，相邻不等跨径主梁支座截面应力大于跨中截面应力，截面梁高越高、跨度越大的主梁产生的温度应力越大；相邻不等跨径主梁因温度效应产生的内力和变形不同，活动端纵向位移最大，存在落梁风险.研究结论为山区日照温差影响下的桥梁工程建设提供一定的理论依据，对防治工程病害及提高结构耐久性具有参考价值.     

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.     

考虑机场道面结构损伤的传力杆设计修正方法

为了减少机场道面结构损伤对接缝传荷性能的影响,基于相似理论,分别对传力杆松动和板底脱空2种损伤形式下,道面板受荷性能进行了模型试验研究。同时,采用ABAQUS有限元软件建立了接缝设传力杆的机场水泥混凝土道面结构三维有限元模型,对道面结构损伤模型试验进行了模拟。进一步,针对不同尺寸的传力杆松动、板中脱空和板角脱空,采用有限元方法分析了道面板在7种水平的传力杆长度、直径和间距下的传荷性能,以及2种结构损伤形式下传力杆参数对传荷性能的敏感性。在此基础上,以接缝剪力传递系数、关键传力杆分配系数、板底弯拉应力幅值以及界面应力为控制指标,分别分析了当道面板存在传力杆松动和板底脱空损伤时,相对于未损伤工况,提高传力杆参数尺寸对上述指标增长率的改善程度,进而提出了考虑道面结构损伤的传力杆参数设计范围,并与《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(MN/T 5004—2010)(简称规范,下同)进行比较。结果表明:位移传荷系数L_(TEδ)随脱空尺寸的增加先减小后增大,随着松动尺寸的增大逐渐降低,且2种结构损伤模型试验结果与有限元模拟规律一致;传力杆直径对松动损伤最敏感,而传力杆间距对板底脱空的敏感性最大;随着传力杆直径和间距的增加,控制指标增长率均呈现先减小后小幅增加并趋于稳定的趋势,说明当考虑道面结构损伤时,增加传力杆直径和减小其间距只能在一定范围内改善传荷性能。因此,对应不同板厚,考虑松动损伤的传力杆直径建议值为规范值的110%～130%,而考虑板底脱空损伤时传力杆间距建议值为规范最大值的70%～98%。     

水泥混凝土路面传力杆应力分析力学模型

应用三维有限元模型分析水泥混凝土路面中传力杆与水泥混凝土的接触状况,并基于弯曲刚度等效原则将传力杆和水泥混凝土面层系统简化为双层梁结构.计算结果表明,弹性地基上双层梁结构可很好地描述水泥混凝土路面的挠曲效应,而接缝处的双层梁相对位移、转角、以及挤压应力合力与三维有限元解的差异,只需对双层梁层间竖向反应模量进行修正即可;随后,总结归纳了相对位移、转角及挤压应力合力修正系数的回归式,讨论给出了接缝传力杆的抗剪刚度与抗弯刚度的计算式,并指出传力杆的传递弯矩的能力很小可忽略.最后,计算分析了梁端部作用集中荷载时,有基层的地基梁接缝传荷问题,指出在接缝抗剪刚度相同条件下,基层存在可使接缝两侧挠度比增大,接缝传递的剪力减小.     

考虑飞机制动力的机场沥青道面力学响应分析

针对飞机在降落制动过程中所产生的制动力对道面结构产生显著影响,并借助ABAQUS三维有限元软件,建立了柔性道面结构和半刚性道面结构有限元模型,分析在常用的民用飞机和新一代大型飞机荷载作用下,考虑水平制动力作用时对道面结构产生的力学响应.同时分析了以B777-300ER、A380-800为代表的新一代大型飞机,在考虑不同的水平制动力、土基模量、面-基层接触状况条件下时对道面力学响应的影响.计算结果表明:考虑制动力后,面层最大拉应力出现在道面表面;水平制动力超过0.5倍单轮荷载后,使得面层内部的拉应力急剧增大;层间的不良接触对半刚性道面结构影响较大,当面-基层的接触系数大于0.5后,对面层内部的最大剪应力和面层底部的拉应力影响不显著.     

梯度锚固预应力NSM CFRP加固 RC梁静力及疲劳性能研究

针对表层嵌贴预应力CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题,提出了在CFRP端部设置梯度预应力的构造措施,并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明:在静力荷载作用下,梯度锚固预应力CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力CFRP加固梁最大提高35.06％,破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与CFRP断裂复合破坏,梯度锚固预应力CFRP加固显著提高了RC梁的静载性能,且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高,且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力,提高了加固梁疲劳性能.     

温度变化对水电站蜗壳结构配筋的影响

水电站厂房下部结构是一个多孔洞的大体积混凝土结构，受力状况复杂，尤其是在温度变化作用下，蜗壳周边混凝土的应力状态更是难以确定，为此，运用三维有限元对某水电站地下厂房下部结构进行了数值分析，确定其在运行期间的最高温升、最大温降、半数磁极短路以及蜗壳未充水最大温降4种工况下的应力分布状态．根据数值计算的结果得到平行机组安装高程6个平面的环向应力和8个典型纵剖面的环向应力，然后进行配筋计算，分析温度变化对水电站厂房下部结构配筋的影响，为今后分析水电站厂房下部结构的温度应力以及优化水电站蜗壳外围混凝土的配筋提供了可靠依据。     

机场滑行道桥桥面板横向有效分布宽度分析

为确保机场滑行道桥受力安全,有必要研究滑行桥桥面板的横向有效分布宽度的合理取值。本文建立机场滑行桥桥面板三维数值精细化分析模型,利用损伤塑性本构模型模拟混凝土材料非线性,分析了A380、B747和A300三种机型轮载作用下滑行桥桥面板的横向有效分布宽度取值。分析结果表明：采用数值精细化分析方法得到的飞机轮载作用下滑行道桥桥面板的横向有效分布宽度较采用公路桥规的计算值增大,如飞机轮载作用于桥面板跨中时横向有效分布宽度增幅为18%;桥面板横向有效分布宽度取值随机型不同而存在差异,如A380和B747机型作用时得到的横向有效分布宽度分别为1.64m和1.52m;当考虑飞机轮载作用下桥面板塑性发展时,桥面板横向有效分布宽度计算值较材料弹性状态而言增大,如飞机轮载作用于桥面板跨中时横向有效分布宽度增幅为8.5%,说明飞机轮载作用时桥面板进入非线性受力状态而出现内力重分布,所以计算飞机轮载下滑行道桥桥面板横向有效分布宽度的合理取值应考虑材料非线性。     

不同梯度温度作用下曲线桥梁的温度效应分析

梯度温度作用在曲线桥梁中会产生较大的温度应力,这会影响到桥梁结构的安全性和耐久性.文章采用通用有限元程序ABAQUS建立了某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了不同国家规范的梯度温度荷载模式下结构的变形和内力.结果表明:不同温度模式的计算结果差距很大,例如采用新西兰规范、中国规范和英国规范的计算结果较为保守;截面最大主应力出现在中腹板与顶板相交的位置;不同曲率半径下的曲线桥梁横桥向应力极值变化较大,顶板的横向配筋应考虑曲率半径的影响.     

大体积混凝土施工期冷却水管埋设形式的优化

采用冷却水管通水冷却是大体积混凝土坝施工期主要温控措施,而冷却水管埋设布置形式对混凝土内部温度和应力的影响较为显著.利用有限元热流耦合精细算法,考虑了冷却水管中水流与混凝土之间的相互对流热交换机制,真实反映冷却水管附近温度梯度,对冷却水管在仓面上采用不同的布置方式时混凝土内部的温度和应力分布进行详细计算分析.结果表明:相比传统的水管埋设布置方式,采用冷却水管双循环的布置方式更能充分发挥水管冷却作用,且能有效改善混凝土内部的温度和应力分布,降低混凝土内部的温度梯度,对大体积混凝土温控防裂有较为积极的意义.     

基于薄板单元的水泥混凝土路面荷载应力分析

将刚性、半刚性基层上水泥混凝土路面结构简化为弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,在轴(轮)载作用下,采用薄板单元,讨论了模型网格划分和计算精度的关系.研究了移动轴载作用下路面结构最大荷载应力大小和位置的变化规律.分析了基层超宽对面层和基层自身最大荷载应力的影响,基层超宽降低了面层的荷载应力,幅度为0～33%;但基层自身荷载应力明显增大.比较了采用薄板单元及实体单元时面层和基层最大荷载应力的差异,当面、基层厚度增大时,采用薄板单元得到的面层荷载应力偏大0～20%;而基层荷载应力偏小2%～30%.给出了标准轴载作用于纵边中部荷位的荷载应力修正系数.     

线列式结构毁伤在弯曲载荷下的增益

为了提高破片杀伤战斗部在防空反导任务上的毁伤威力,研究了在弯曲载荷下线列式结构毁伤相较于聚焦式结构毁伤的毁伤效果增益。基于应力集中效应进行了理论分析,设计了模拟飞机外壳受这两种毁伤模式的结构等效靶标并对其在弯曲载荷下的应力分布进行了数值模拟计算和静力学实验验证。研究结果表明,相比于聚焦式结构毁伤,在相同载荷下线列式结构毁伤使目标结构内最大应力平均提高16%,达到屈服破坏所需的载荷平均减少18%。     

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载,采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好的表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。