湿热地区水泥混凝土路面温度场与温度应力研究

为揭示南方湿热地区水泥混凝土路面的温度场与温度应力特征,以福建省南平市、福州市两种水泥混凝土路面结构为研究实体,对5个不利季节现场温度场进行监测试验研究,并基于数据进行了水泥混凝土路面温度场特征分析,建立了路面温度场预估公式,并分析了不同工况的水泥混凝土路面温度应力和措施.研究发现:在南方高温和太阳辐射的综合作用下,水...     

复合式路面(PMCC-PCC)温度应力有限元分析

聚合物改性水泥混凝土(PMCC)与硅酸盐水泥混凝土(PCC)复合式路面是一种新型路面结构,根据实际测量,结合相关研究理论,利用有限元方法对PMCC-PCC复合式路面的温度应力进行了分析,讨论了温度非线性、面层厚度、混凝土模量和材料线膨胀系数等对温度应力的影响.计算结果表明:与普通混凝土路面相比,PMCC-PCC复合式路面的温度应力减小了7%左右,并随着上下面层厚度和模量、下面层线膨胀系数的增加和上面层线膨胀系数的减小而进一步减小,说明PMCC-PCC复合式路面具有较优的温度承受能力.     

考虑材料粘弹性混凝土路面温度翘曲应力分析

以线粘弹性模型理论和有限元初应变增量法为基础，提出了考虑材料粘弹性性质的水泥混凝土路面温度翘曲应力的数值计算方法，并编制了相应的计算机程序ＶＴ０．５运用该程序分析了两种地基上的混凝土路面板在温度翘曲变形受到地基反力约束时产生的翘曲应力，得到了较仅考虑材料弹性特征时更为合理的结果，为完善水泥混凝土路面温度翘曲应力的计算提供了科学的方法。     

基层厚度对水泥混凝土路面疲劳应力的影响分析

在水泥混凝土路面中,基层厚度和板厚均对路面的结构设计产生影响.通过分析不同板厚和基层厚度对路面荷载疲劳应力、温度疲劳应力的影响,认为通过加强基层来减薄路面板厚度是不经济的,合理的基层厚度应根据设置基层的目的与要求,通过经济比较确定.     

水泥混凝土路面板厚设计的温度应力系数计算

针对编制水泥混凝土路面设计程序中的温度应力计算问题，给出了水泥混凝土路面厚度设计中温度应力系数的数值计算方法。首先从诺模图读取关键数据点，然后使用内插方法计算温度翘曲应力系数Cx与综合温度应力系数Bx，以Delphi7．0为开发工具编制相应设计程序，并进行了验算。结果表明，该方法计算结果与查诺模图得出结果相比，其相对误差在3％以内，能够满足工程设计的要求，从而减小了人为因素的影响，提高了设计效率。     

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。     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅱ):内力及层间反力近似解

将旧水泥混凝土路面板温度变化引起的沥青加铺层路面结构的变形效应,分解为旧水泥混凝土路面板收缩引起的拉压效应、翘曲引起的弯曲效应,以及已知层间水平摩阻应力引起的弯曲效应三种,推导这三种效应的解析解;讨论旧水泥混凝土路面板收缩和翘曲时上述三种效应的组合及相互影响,给出沥青加铺层截面内力、层间接触应力的计算显式,并论证用这种先分解后组合的方法求解旧水泥混凝土路面板上沥青加铺层温度应力是可行的,且具有足够精度.     

超薄水泥混凝土路面结构设计方法

超薄水泥混凝土(Ultra ThinWhitetopping,简称UTW)路面由于其板厚和平面尺寸的特殊性,尚无一套适宜的路面结构设计方法。在对UTW路面结构荷载应力和温度应力利用有限元法进行计算分析的基础上,提出了UTW路面结构设计方法。采用贝克曼梁或落锤式弯沉仪(FallingWeightDeflectometer,简称FWD),测定旧沥青路面表面回弹弯沉,计算综合回弹模量,来评价旧沥青路面承载能力,并推荐控制标准值为当量回弹模量宜大于188MPa。路面板的疲劳断裂是UTW路面的主要破坏模式,据此提出以控制行车荷载反复作用在板内所产生的荷载疲劳应力不大于混凝土弯拉强度作为路面板厚度设计的标准。确定了结构设计参数及路面板厚度计算方法。     

水泥混凝土路面中设置应力吸收层功能分析

本文主要分析了应力吸收层在水泥混凝土路面结构层中的作用。论证了应力吸收层可以减少水泥混凝土路面裂缝和断裂病害,有效的保护半刚性基层,提高道路使用性能。     

公路隧道水泥混凝土路面设计方法

针对公路隧道水泥混凝土路面结构,建立了水泥混凝土路面结构的三维有限元分析模型.在考虑各种计算参数下采用了多元非线性回归方法,得出板纵向边缘中部底面拉应力和板角顶面拉应力的计算公式,并根据容许疲劳拉应力为设计指标提出公路隧道水泥混凝土路面设计方法,推导出水泥混凝土板厚计算公式.通过一个工程实例验证了该方法的有效性,为公路隧道水泥混凝土路面结构设计提供了理论依据.     

润扬悬索桥钢箱梁结构疲劳应力监测及其分析

分析了润扬悬索桥结构健康监测系统记录的钢箱梁结构主要部件在交通和环境载荷下的应变时程曲线的规律,研究得到了润扬悬索桥钢箱梁结构在正常交通载荷、重车过桥和台风经过时的疲劳应力谱的特征;结合该桥实时监测的温度变化,分析得到了钢箱梁结构应变时程和温度时程之间的关联性.研究结果表明:润扬大桥结构健康监测系统中的局部应变监测系统能够有效提供钢箱梁结构疲劳应力监测信息;目前各监测部位的有效应力幅较低,主要由车辆和环境气温变化共同引起,疲劳应力的平均值与环境气温变化有很大相关性;重型卡车通过对桥梁造成的疲劳损伤增量幅值是一般车辆载荷经过时引起的几十甚至上百倍,因此在特大型车辆通过时需要密切关注和监测其引起的过载及其对疲劳累积过程的影响.     

高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.     

福州市城市桥梁疲劳荷载研究

通过对福州市城市桥梁交通荷载和运营车辆的装载情况调查,得到由32类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱,以及货运车辆的空载率.根据等效疲劳损伤原理将所得到的荷载频值谱简化为由6辆疲劳荷载模型组成的具有实用性的荷载频值谱.进一步分析得到一辆适宜验算桥面系构件的标准疲劳车辆荷载模型.所得到的疲劳荷载频值谱和疲劳车辆荷载模型,可以供城市钢桥疲劳损伤验算参考.     

高速铁路车轮的磨损与疲劳研究

近20年来,高速铁路得到了日新月异的发展,然而,对于高速铁路的关键性行走部件车轮,由于其服役环境是开放性的,并且伴随不断增加的车速及轴重,给车轮带来更加严峻和复杂的损伤。从轮轨接触问题出发,综述了高速铁路车轮主要损伤行为（磨损、疲劳）的现象及特点。由于轮轨接触面开放性的机械热交换作用而导致的车轮表面及近表面结构的热弹性不稳定性,是造成磨损的根本性原因;然而,与磨损缓慢的损伤过程不同,由材料成分和服役过程中机械载荷引起的应力大小和方向上的反复变化,诱发了疲劳源的萌生与裂纹扩展,且形式多样、破坏性更大。通过运用材料的塑性流变特性对车轮近表面的热弹性和内部织构的分析,归纳、总结了与磨损、疲劳等力学性能劣化相关的车轮材料组织、结构的响应特征,为车轮成型设计与服役安全评估提供了理论支撑。     

沥青路面粘弹性疲劳损伤分析

沥青混合料是一种粘弹性材料,而目前的沥青路面疲劳损伤分析方法大都采用传统的线弹性疲劳方程,无法反映环境温度、加载历史的影响.在分析作者提出的能够反映温度、行车速度和轴载影响的沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化模型的基础上,提出了沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化模型参数的试验方法和沥青路面粘弹性疲劳损伤分析简化方法,运用该方法分析了沥青路面在重复汽车荷载作用下疲劳损伤的演化进程,结果表明该粘弹性疲劳损伤演化模型是可以用来分析沥青路面疲劳寿命的.图2,表2,参10.     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大;随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

基于实测的公路桥梁车辆荷载统计模型

基于动态称重系统获取的运营交通基本信息,依据轴组类型对所有车辆进行分类及筛选,建立了6种主要车型的车重、车距、车道交通量、轴重与轴距的统计模型,然后按损伤等效原则提供了6种车型的等效模型车辆,为桥梁疲劳可靠性评估提供了实用的车辆荷载模型.研究表明该建模方法能够准确描述交通荷载,建模过程与方法对同类问题具有普遍意义,可应用于建立各种交通状况下的疲劳车辆荷载模型或提供参考.     

基于WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.     

基于年均小时交通量的卡车荷载预测模型及其对桥梁疲劳损伤影响

车辆实测数据表明,车辆荷载存在明显递增趋势.利用中国安徽省某桥梁长期健康监测数据,定义年平均小时交通量(AAHT)来考虑交通量的周期性和季节性变化,并据此建立季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA)模型对未来交通荷载进行预测.同时,基于实测卡车数据的关键参数统计结果,建立多种类型的卡车荷载模型,逐一加载到某T梁桥有限元模型上,研究卡车荷载的非平稳增长对结构疲劳损伤的影响.结果表明,基于AAHT的季节性差分自回归移动平均模型能够准确预测车辆荷载,且车辆的非平稳增长对桥梁疲劳损伤影响显著,考虑车辆荷载非平稳增长时桥梁的疲劳损伤度约为不考虑车辆非平稳增长时的1.7倍.