湿铺高分子卷材防治反射裂缝效果研究

应用微机恒温式车辙试验系统对路面结构模型进行滚动疲劳加载试验,模拟行车荷载造成的剪切-弯拉-剪切循环作用,进行裂缝扩展情况跟踪监测,研究在基层和面层层间铺设湿铺高分子卷材防治反射裂缝的效果,并通过试验路进行验证。研究表明:卷材结构裂缝生成时间晚,扩展过程缓慢,且裂缝宽度较细,初裂和终裂疲劳加载次数较无卷材结构分别提高87%和190%。卷材通过自身组成材料特性协助面层受力,上层杜拉纤维增强网起到加筋作用,中间高分子树脂胎体起到应力吸收作用,胎体两侧自粘沥青胶层能够在常温下与基层和面层良好黏结,同时起到应力吸收作用。以水泥胶浆替换乳化沥青粘层,卷材结构初裂和终裂疲劳加载次数再次提高18%和11%,水泥胶浆水化反应增强了复合结构层间黏结和裂缝两侧面层层底联结,将应力传递到面层两侧,有效消除裂缝处的应力集中现象。     

PVA-FRCCs粘贴式薄板单轴直接拉伸试验研究

为了研究切口大小、水泥标号、粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(简称PVA-FRCCs)拉伸力学特性的影响,采用矩形薄板试件,在试件端部用环氧树脂贴一层碳纤维布或者玻璃纤维布,然后粘贴上楔形钢板进行端部加固避免应力集中破坏;采用MTS疲劳试验机控制系统,利用等速位移控制,得到了稳定的拉伸应力-应变全曲线.通过比较切口和无切口直接拉伸试件在起裂荷载、峰值荷载及其对应的应变差异发现:切口较小时,差异不大,但切口较大时,起裂荷载和峰值荷载都降低,起裂荷载对应的应变变化不大,但峰值荷载对应的拉应变和抗拉韧性值A都增加.说明两边有较小切口时反而有利于多条裂缝开展,小切口并不影响裂缝的开裂形态,起始裂缝发生的位置和无切口试件相同,一般不出现在切口处,但当切口长度较大时,裂缝开裂形态受开口影响较大,起始裂缝一般出现在切口处.     

土工布应用于无面层道路:设计原理

在极软土基上加铺土工布后构筑的足尺无面层道路模型上进行的平板和汽车荷载试验业已完成。在弯沉、土工布应变分析和在特制的实验室拉伸试验机上作的土工布平面应变特性分析的基础上,总结出了这种无面层道路的设计方法。现场施工时,土工布允许拉伸和变形,对道路的补强起着主要作用。对于此类道路的补强,土工布通常最佳的性能组合是高抗拉强度和适中的模量。本文还讨论了选择等效土工布的原则,典型的费用比较和施工选择等。     

施工养生期半刚性材料结构层变形观测及其抗裂性能

在3种半刚性材料结构层表面钉入钢钉,观测养生期内钢钉间距的变化并由此计算观测段的应变,用应变绝对值的均值、变化范围表征结构层的变形特性.采集数据的时机包含连晴7d以上的下午及暴雨过后,结构层应变极值基本能够代表3种材料在类似气候条件地区的极端变形情况.结果表明:底面设置水泥净浆粘结层的新水泥稳定碎石(CBG-25)结构层应变范围4.9×10-6～104.9×10-6,远小于室内最大干缩应变;普通水稳碎石应变均值553×10-6,变化范围67.7×10-6～1 368.3×10-6;综合稳定细粒土应变均值104×10-6,变化范围0～772×10-6;半刚性材料结构层横向应变远大于纵向应变.以极限弯拉应变作评价指标时,CBG-25结构层抗裂性能最好,综合稳定土次之,普通水稳碎石抗裂性能最差;以最大应变作为评价指标时,综合稳定土抗裂性能优于普通水稳碎石.     

高速公路沥青面层层间结合状态调查及力学分析

对通车8～9年后的高速公路沥青面层进行取芯检测,了解其质量状态与层间结合状况。沥青面层芯样层间断开的比例为25%～50%,大部分为上、中面层脱开。采用古德曼假定,建立五层体系平面应变模型,采用奇异单元分析裂缝尖端区域的应力场,分析基层带裂缝沥青面层结构的受力特性。对于基层开裂的沥青面层,随着层间结合力的减小,路表拉应力逐渐增大;上、中面层层间结合不良,可导致沥青层底剪应力增大、拉应变增大,这是面层容易开裂的主要原因;沥青层路表拉应变增加2～2.7倍,从而在低温时导致表面裂缝的产生。在设计半刚性基层沥青路面时应考虑层底剪应力及拉应变指标,对于沥青上面层应提高其抗裂性能。     

环氧沥青道面高温足尺加速加载动力响应

利用MLS66加速加载试验系统对某军用机场试验段2种典型的环氧沥青道面进行足尺加速加载试验.考虑到高温环境影响,将道面加热至60℃,研究2种道面的环氧沥青面层以及沥青混凝土下卧层的动力响应特性.环氧沥青面层响应在加载初期均为拉压交替变化,而加载后期半刚性基层道面以拉应变为主,复合道面以压应变为主;沥青混凝土层均以压应变为主.通过响应结果分析可知,在高温条件下受沥青黏弹性和流变性影响,道面的力学行为和状态随加载次数的增加发生变化;不同力学响应导致环氧沥青道面结构高温条件破坏机理不同,因而设计控制指标亦不同,复合道面控制压应变,半刚性基层道面控制拉应变.     

FRP加固混凝土梁中弯曲和弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏试验

采用同样尺寸的钢梁和混凝土梁,通过中间绞结和底面粘贴FRP布而形成的组合梁,对其进行抗弯试验来研究钢筋混凝土梁弯曲或弯剪裂缝所导致的FRP剥离破坏.试验共设计了7组21根组合梁,通过2个对称的集中荷载进行抗弯试验,重点研究了组合梁破坏过程和形态、FRP布在加载过程中应变分布的规律、不同的裂缝开展程度对组合梁初裂荷载和极限承载能力的影响以及混凝土强度对FRP与混凝土粘结强度的影响.试验结果表明:组合梁的初裂荷载与FRP的长度没有关系,主要取决于裂缝的竖向位移;裂缝的竖向位移和FRP的长度对梁的极限荷载具有较大的影响,特别是在FRP锚固长度较小的情况下.针对梁中弯曲及弯剪裂缝引起的FRP剥离破坏进行了深入的试验研究,为工程结构加固提供了一定的参考依据.     

沥青路面结构层弯拉应力与应变的近似计算

研究了各种条件下沥青路面结构弯拉应力和应变规律,引入曲面系数修正竖向压应力和剪应力的影响,引入面层弯曲中性轴下移量参数修正层间光滑与连续之间的差异,引入面层与基层弯矩分配系数反映面层、基层弯曲曲率不同的影响;对于模量不均匀面层,提出了弯曲刚度等效原则换算式;最后,讨论了各种条件下的沥青面层层底弯拉应变、半刚性或刚性基层层底弯拉应力的计算精度,其误差均不超过5%.     

三点弯曲下不同加载速率对层状岩体中裂纹扩展规律试验研究

为了研究不同加载下裂纹在含弱层理三层岩体中的扩展特征，开展了不同加载速率下预制裂纹且中间层是弱层理的三层混凝土梁三点弯曲试验，采用了数字图像相关技术(DIC),分析了加载过程中裂缝的产生、扩展和贯穿过程，得到了试验过程中裂纹扩展和水平应变云图的演化规律。结果表明：弱层理对层状岩体裂纹的扩展有阻碍作用，当随着加载速率的增加，总裂纹长度与顺层破裂裂纹也增加，因此弱层理的止裂效果与加载速率成正比的关系。此外，通过DIC分析得到的应变云图能够直观表征层状岩体断裂时应变演化及裂缝产生、扩展和贯通过程。     

考虑碎石横观各向同性的路表弯沉及结构分析

使用基于横观各向同性层状弹性体系解编制的路面结构分析程序ANISOLAYER,对沥青路表弯沉进行了分析. 结果表明,当碎石基层厚度达到一定程度后,其横观各向同性特性对路表弯沉的影响将不明显.不同沥青面层厚度情况下,碎石基层水平模量对路面关键性设计指标的影响分析结果表明,将碎石材料看作横观各向同性体可有效降低基层底部的拉应力,基层水平模量的变化对路面关键性设计指标影响较大;较厚的沥青面层以及适中的基层厚度,可使路表弯沉和面层底部拉应变降低;而对于薄及中厚沥青面层,基层横观各向同性特性对路基顶部的压应变影响较大.     

湿度影响下的重载交通沥青路面动力响应

考虑地下水和雨水入渗的影响,运用ABAQUS软件建立重载交通沥青路面动力分析模型,分析地下水上升和降雨入渗引发路基湿度变化后的路基动态回弹模量分布规律,以及三轴双轮移动重载作用下沥青路面的动力响应.分析结果表明,地下水距路基顶面越近,对路基模量的分布影响也越显著,降雨入渗与动载共同作用处的路基模量折减更明显;地下水位距路基顶面高度从6 m减至2 m时,面层层底拉应变由70×10~(-6)增至173×10~(-6);降雨强度增大对外侧车道处的面层层底拉应变影响巨大,对中间车道的影响较小;降雨天数增加,两侧车道的面层层底拉应变反而减小,而中间车道的趋势相反,拉应变随着降雨天数增加而增大.     

Cape路面荷载型反射裂缝的细观数值分析

用细观数值方法分析Cape路面抗反射裂缝性能的主要影响因素;利用有限元方法进行数值分析,材料参数根据试验数据利用最优化方法拟合得出.数值分析表明,Cape路面的沥青碎石采用较低的沥青含量时,其抗反射裂缝性能较好,而采用较低的空隙率时则有不利影响,但这种不利的影响程度并不大;基层裂缝附近的Cape路面与旧路面可脱开时,反射裂缝不易萌发与扩展,但脱开长度不宜过大;摊铺厚度较大时其抗反射裂缝性能较高,但综合考虑摊铺厚度不宜超过5~6 cm;较好的基层处理质量能减缓反射裂缝的扩展;采用半开级配的沥青碎石能够消散应力,减缓反射裂缝的萌发与扩展.     

沥青路面Top-Down裂缝的断裂力学分析

采用移动荷载模式,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质,利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响.研究表明随着裂缝长度增加和温度降低,张开型应力强度因子(KⅠ)和剪切型应力强度因子(KⅡ)的峰值增加.行车速度对应力强度因子的作用频率有显著影响,较慢的行车速度会加速Top-Down裂缝的扩展.与采用粒料基层相比,采用半刚性基层可降低裂尖应力强度因子.随着温度升高和裂缝长度增加,KⅠ对裂缝扩展的贡献减小,而KⅡ的贡献逐渐增加.     

沥青加铺层抗反射裂缝足尺疲劳试验

针对水泥混凝土路面加铺改造后容易产生反射裂缝的缺点，采用大型疲劳试验台架进行不同沥青加铺层结构层抗反射裂缝的对比试验，模拟荷载作用下加铺层结构温度型和荷载型反射裂缝的产生和发展过程，评价了不同加铺层方案的防裂效果。结果表明：应力吸收层可有效消解水泥混凝土板块接缝处的应力集中现象，防止水泥混凝土面板由于温缩及荷载作用引起的加铺层反射裂缝；设置玻璃纤维格栅及土工布并不能很好的解决路面的反射裂缝问题。     

冲击荷载下平行双裂隙演化的颗粒流分析

为了研究冲击荷载下平行双裂隙对岩石破坏的影响,采用二维颗粒流程序对分离式霍普金森杆一维冲击试验进行模拟。对预制平行双裂隙倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和完整的花岗岩试样进行冲击加载模拟,全面研究了平行双裂隙试件裂纹的萌生、扩展、贯穿的过程。结果表明：在冲击荷载的作用下,平行双裂隙明显降低了岩石强度。裂隙存在时,裂隙倾角与加载方向一致时,试样峰值强度和起裂强度均达到最大,呈劈裂拉伸破坏模式,在倾角为45°左右达到最小值,呈拉剪复合破坏模式。预先存在缺陷的倾角对裂纹萌生和扩展模式有很大影响。对应力场分析,平行双裂隙对应力波的传播产生阻碍,在岩桥区域变化最为明显。     

交通荷载作用下沥青路面裂缝尖端的应力强度因子分析

考虑沥青混合料粘弹性断裂力学行为,对于沥青路面的开裂或反射性裂缝的扩展行为研究具有重要意义.基于粘弹性断裂理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,分析交通动荷载作用下不同车速、不同基层模量对含有裂缝路面结构体系的位移场和应力场的影响.计算结果表明:裂缝尖端应力强度因子变化曲线随着车速的增加发生移动,且峰值几乎不变;随着基层模量的增加,应力强度因子增大.在偏荷载作用下裂缝尖端应力强度因子由KⅠ、KⅡ组成,当基层模量较小时裂缝尖端应力强度因子主要表现为KⅡ,随着弹性模量的增加KⅠ增大,KⅡ几乎保持不变.     

层状TiAl基合金损伤机理的研究

通过拉伸卸载实验及原位拉伸SEM观察对层状TiAl基合金损伤机理进行了研究.研究结果表明,拉伸过程中产生微裂纹导致材料发生损伤;随着载荷的增加,原先产生的微裂纹继续扩展,微裂纹扩展的同时产生大量新的微裂纹;预损伤加快了裂纹的产生、扩展,使得损伤程度进一步加重;不同程度的预损伤使材料的弹性模量降低,造成材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降,但是对这种材料的最终断裂性能没有影响.     

可自修复的高延性混凝土(ECC)在机场道面的适用性分析

在飞机荷载与环境荷载长期共同作用下,机场道面易出现裂缝、接缝和竖向位移类病害,使运营阶段维修成本高.提出将具有自修复功能的高延性水泥基材料(ECC)用于机场道面,以控制裂缝发展、实现无缝连接;并利用ECC因二次反应而使微裂缝愈合的特性,减少路面维护工作,延长使用寿命.通过试验手段研究了ECC材料应用于机场道面的力学行为、自修复行为和早期开裂潜能.试验结果表明:机场道面用ECC材料在拉伸荷载作用下,其拉伸应变可达3.67％(约为普遍混凝土的400倍);在弯曲荷载作用下,其竖向弯曲变形可达6.33 mm;抗压强度与弯曲强度分别为43.9 MPa和12.68 MPa,可满足机场道面的使用要求.在受约束条件下,ECC表现出较低的早期开裂潜能.由于自修复能力,裂损ECC的拉伸刚度、拉伸应变与拉伸强度几乎可恢复至未裂时的程度;其水渗透系数随自修复进程逐渐降低,最终达到未裂时的渗透水平.研究结果表明ECC材料用于无缝机场道面具有较高适用性.     

三轴压缩条件下单裂隙岩样裂隙扩展研究

为研究岩石中裂纹的起裂、扩展和破坏规律,采用PFC2D数值模拟软件结合室内试验对预制单裂隙岩样进行分析。结果表明：（1）当围压为7MPa时,以剪切-拉伸复合破坏模式为主;当围压为14MPa时,试样以“Y”型剪切破坏、单一斜剪破坏模式为主;当围压为21MPa时,试样以“X”型剪切破坏模式为主。（2）试样的破坏模式与围压的大小密切相关,当裂隙长度一定时,随着围压的增大,试样的破坏越明显;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,裂纹扩展的规模越大。（3）随着裂隙长度的增加,岩样的峰值强度、弹性模量、起裂应力与损伤应力均呈下降趋势;随着围压的增大,各力学参数均增大,裂隙长度越大时更易诱发新生裂纹,试样强度特性降低。（4）剪切裂纹在整个模拟加载过程中占主导地位且数量始终占比较大;随着围压的增大,拉裂纹逐步占据主导地位,且当围压为21MPa,裂隙长度为39mm时,拉裂纹是剪裂纹的2.73倍;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,拉裂纹占比也逐渐减少。     

玉米芯骨料生态混凝土的物理和力学性能

基于多源固废开发玉米芯骨料生态混凝土，并对其物理和力学性能进行试验研究.结果表明：当玉米芯吸水量为其吸水率的80%时，生态混凝土强度最高，玉米芯中的水分可对水泥起到内养护作用；当玉米芯的体积分数为30%～50%时，生态混凝土的干密度为1 200～1 550 kg·m^-3、抗压强度为2.0～5.7 MPa、抗折强度为0.21～1.00 MPa、收缩应变为380×10^-6～590×10^-6;生态混凝土的弯曲分为弹性阶段、裂缝产生、裂缝扩展和破坏4个阶段，玉米芯颗粒在其中起到桥联作用，可约束裂缝的产生和扩展，所得生态混凝土的弯曲韧性为0.86～3.78 kN·mm.