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。     

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。     

水泥混凝土路面接缝传荷能力模型试验研究

为研究正常使用状态下水泥混凝土路面接缝传力杆的传荷性能影响因素及其衰减规律,进行了3组10块带接缝水泥混凝土路面板的室内疲劳试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度和混凝土板厚度,考虑了3种不同因素对传荷能力的影响,后续建立的ANSYS有限元模型也对试验结果进行了验证。通过分析不同工况下路面板接缝两侧的弯沉值及传荷系数表明:水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,能够提高接缝的传荷效率,但十分有限。     

总弯沉比及其在机场刚性道面板底脱空判定中的适用性

提出了一种板底脱空判定弯沉指标——总弯沉比（R_TD）,分析了其理论特征;为探究R_TD在机场刚性道面板底脱空判定中的适用性,基于Abaqus有限元软件建模,以弯沉比和截距为对比对象,计算分析了道面结构参数、接缝传荷能力和脱空参数等对指标的影响。结果表明：相比弯沉比和截距,R_TD与道面结构参数相关性更高,可据此建立相对精确的判定标准;此外,R_TD在对脱空参数敏感的同时可避免接缝传荷能力与板底脱空的耦合影响。综合而言,R_TD在机场刚性道面板底脱空判定中具有更好的适应性。     

考虑接缝传荷作用的机场水泥道面板边应力折减分析

板边应力折减系数是设计水泥混凝土道面的重要参数之一,目前中国和美国在计算水泥道面结构厚度时均按照25%的折减系数考虑接缝的传荷作用,但与实际情况相差较大。基于现场测试数据,统计分析了不同结构和接缝类型影响下板边应力折减的变化特征;同时结合我国机场水泥道面结构特点,采用有限元方法探究了道面结构参数和接缝刚度影响下道面板边应力折减的变化规律。结果表明：板边应力折减系数与道面结构参数和接缝类型密切相关;相较于基层厚度和基层模量,板边应力折减系数对板厚和地基反应模量变化更敏感,随板厚增大而增大,随地基反应模量增大而减小;板边应力折减系数随着接缝刚度增大呈现出“S”型增长,且随接缝传荷系数的增加呈现二次函数的增长趋势,由此给出了不同接缝传荷状况下板边应力折减系数的值。     

机场刚性道面接缝传荷能力的评价

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面3维有限元分析模型.以重型落锤式弯沉仪(HWD)弯沉测试为基础,针对不同地基强度上的典型道面结构,考虑基层对接缝传荷能力的影响,应用有限元模型,分析了HWD承载板、单轴双轮起落架、双轴双轮起落架和三轴双轮起落架等荷载形式作用在接缝一侧板边中部时道面结构的板边应力和挠度,建立了HWD承载板测试得到的挠度传荷系数与接缝刚度之间的相关关系,以及与不同荷载形式作用的应力折减系数之间的相关关系,成果可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力,以及道面板边应力分析.     

水泥混凝土路面传力杆布设方式仿真模拟

为优化水泥混凝土路面传力杆布设间距设计,以有限元理论为基础,依据中国水泥混凝土路面设计规范设置模型参数,建立了文克勒地基上考虑不利荷载作用时的单层面板3D有限元模型。基于模型得到2种传力杆布设方式情况下面板的力学响应值,计算出等间距时接缝传荷系数(LTE)对间距的关系式、LTE和板最大位移,并分析轮迹集中布设传力杆的作用效果。研究结果表明:等间距布设传力杆时,在LTE与传力杆间距计算模型下,间距在450~1 800mm之间变化时,LTE变化小;轮迹集中布设传力杆将LTE平均提高3.015%,且传力杆根数越少提高值越大;LTE相等时,轮迹集中可将每条接缝处传力杆根数平均减小1根,与均布相比,即使减少1根传力杆时仍对板位移产生有利影响,且具有良好的经济效益。     

水泥混凝土机场道面板角脱空判定分析

针对机场水泥混凝土道面板角脱空问题，把道面板划分为弹性地基上的梁，得出道面板板中及板角的弯沉公式．根据接缝的传荷性能，提出了应用板角弯沉值与板中弯沉值之比判定板角脱空的方法；通过某机场水泥混凝土道面实测弯沉数据及现场钻芯取样验证了该法的正确性；详细讨论了影响板角脱空的几个主要因素，为实际工程中板角脱空的判断及防止提出了一些有益的建议．     

水泥混凝土路面板角脱空判定指标

以ANSYS有限元计算软件为基础,利用FWD(Falling weight deflectometer)板中板角实测弯沉值,建立以板角弯沉为判定指标的板角脱空范围估算方法.对均匀支承的无限大板板角理论弯沉值修正平面尺寸效应和板间接缝传荷能力,求解理论板角弯沉值,将其与FWD实测板角弯沉值相比较以评定路面板角脱空状况;提出板角脱空指数λ,并分析λ与脱空尺寸、面板模量、面板厚度和地基反应模量的相关性,建立λ与脱空尺寸的回归关系式估算脱空尺寸.对湖南耒宜高速公路试验段板角脱空识别结果与实际钻芯结果进行对比,发现最大相对误差为6.32%,与检测结果较吻合,表明该方法具有较高的可靠性,能为水泥混凝土路面板底脱空的识别提供合理、可行的新思路和手段.     

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.     

具有接缝的混凝土路面简化分析法

为了计算具有接缝的混凝土路面的应力,提出了一个简化有限元法的计算机程序。该方法适用于文克尔地基上的由五块板组成的路面体系,而荷载只施加在中心板上。中心板与四块边板之间的联系可以由剪力传递效率,或者由传力杆的尺寸和间距来表示。该法与其他方法不同之处在于有限元分析时,只需要考虑一块中心板。为了阐明如何使用该方法以分析机场道面,采用了波音-747飞机为实例,分析的结果表明,假如接缝的传递效率很高,则最不利荷栽位置在中心板的中部,在相反情况下,临近接缝的荷载比中心荷载更不利。     

机场水泥道面日周期温度效应

为研究日温变化对机场水泥道面的影响,系统监测分析了日周期内西南某机场水泥道面板内温度、应变及弯沉的变化规律。结果表明：板内温度、平均温度及温度梯度均呈日周期变化,正、负温度梯度最大值分别出现在14：00— 16：00、07：00—08：00;应变与温度不同步变化导致其随温度滞回变化,以温度梯度?曲率分析道面温度效应可减少滞回特征影响;板角翘曲大于板边,接缝类型差异对板边翘曲影响更大;道面边、角弯沉随日温变化波动明显,接缝传荷系数波动主要受温度梯度变化影响,道面性能评价应考虑温度影响;接缝两侧弯沉之和与温度相关性高,且可能与接缝传荷能力无关,在考虑温度影响进行脱空判定时具有一定优势,建议进一步研究其特征。     

装配式水泥路面夹环连接式传力杆接缝设计及验证

面向可拆卸装配式水泥路面,提出了一种夹环连接式传力杆接缝,在阐述其特征和基本参数的基础上,选取挠度传荷系数和弯沉差作为指标,使用有限元方法分析了下开口槽、传力杆、夹环构件等参数对夹环连接式传力杆接缝传荷能力的影响,同时分析了夹环连接式传力杆接缝的构件及界面应力的变化规律,得到了合理的接缝参数;此外,通过室内足尺试验评价了夹环连接式传力杆接缝的传荷性能。结果表明,提出的夹环连接式传力杆接缝的传荷能力满足要求,具有一定的工程应用价值。     

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.     

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;...     

镐头机拆除工况下机场水泥道面的力学行为

以ABAQUS作为分析平台,建立了考虑接缝传荷以及层间接触效应的双板有限元分析模型,可用于模拟镐头机拆除工况下水泥道面的力学行为.针对机场典型拆除工艺参数及道面结构参数,系统分析了镐头机拆除工况下拆除板和周边保留板的变形、拉应力以及层间剪应力的分布特征,揭示了镐头机拆除工况下周边保留板发生破坏的力学机理.分析了面层厚度、接缝传荷能力等参数对拆除时道面力学响应的影响规律,提出了镐头机拆除施工应注意的问题.     

水泥道面传力杆裹附混凝土应力响应模拟分析

通过数值模拟分析了温度和荷载单独和叠加作用条件下的机场道面传力杆裹附混凝土的应力响应.使用Westergaard的温度梯度理论公式对有限元模型进行了准确性验证.模拟计算结果表明:在温度单独作用下,传力杆对道面板的挠曲有约15%的约束作用;荷载单独作用在板角传力杆滑动端上方时,混凝土内产生的应力最大;荷载作用下的最大应力仅在传力杆滑动端裹附的混凝土中产生.负温度梯度不利于降低受荷板的传力杆裹覆混凝土的应力集中,正温度梯度对其有利.     

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     

飞机轮载作用下机场复合式道面结构力学分析

以三维有限元分析模型为平台,考虑旧水泥混凝土道面接缝的传荷能力,建立了复合式道面结构有限元模型,考虑临界荷位的布置,获取了B737-300,B767-300ER和B777-300ER等3种机型飞机的荷载作用下复合式道面结构各层的力学响应,计算了力学响应的极大值及其出现的位置.结果表明:复合式道面结构的临界荷位为纵缝边缘中部,多轴起落架荷载作用下,复合式道面结构力学响应表现为多应力峰值模式,随轴数增多,力学响应增加显著,轮轴之间叠加效应明显.3种机型飞机荷载作用下沥青混凝土加铺层底,旧水泥混凝土层底的力学响应的极值位置多出现在靠近纵横边缘一侧的轮胎底部.     

连续配筋水泥混凝土路面的临界荷位

以三板系统模拟连续配筋水泥混凝土路面,计算获得了连续配筋路面的临界荷位.引入接缝混凝土板的传力杆设计理念,确定了连续配筋路面横向裂缝处钢筋的传荷刚度计算公式.同时,以有限元方法建立了CRCP横向裂缝处混凝土的传荷刚度计算公式.裂缝处传荷刚度的确定,为模拟CRCP荷载应力计算提供了关键参数.有限元数值计算表明：三板系统中,当边板长度大于4 m时,边界条件将不对应力计算产生影响.对于双车道路面,计算所得的板宽向最大应力位于左车道外侧车轮板底的轮迹中心处,此时的路面荷位为标准轴载位于路面右边边缘且靠近裂缝边缘,推荐此荷位作为路面承载力检验的核算位置.