复合式机场道面荷载应力

为了分析复合式机场道面的荷载应力,建立了9块板的复合式机场道面三维有限元模型,以B777-200飞机荷载为计算荷载,选取沥青混凝土层底拉应力、沥青混凝土剪应力、水泥混凝土板底拉应力为考察指标,分析复合式机场道面的最不利荷位;利用正交设计分析结构参数对荷载应力影响的显著性,指导复合式机场道面结构设计。研究表明:水泥混凝土板底拉应力应该作为复合式机场道面荷载应力分析的关键指标,复合式机场道面基于多板分析的最不利荷位位于三轴双轮荷载的中轴荷载与板边中点相切处;增加水泥混凝土板模量对板底拉应力负面影响显著,增强土基模量可以明显减小水泥混凝土板底拉应力和沥青混凝土层底拉应力;复合式机场道面结构设计过程中,必须重视土基处理,提高土基强度;不能过分强调增加水泥混凝土板的模量,应该综合考虑其弯拉强度,合理选择水泥混凝土配合比。     

机场水泥混凝土道面土基强度和变形标准分析

为了确定机场水泥混凝土道面土基的合理强度,运用美国联邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)基于弹性层状理论的道面设计方法(LEDFAA),对比分析了土基反应模量等道面结构参数对混凝土板厚的影响.为了确定土基的容许残余变形,分析了土基均匀沉降对道面使用性能的影响,以及通过有限元数值模拟方法分析了不均匀沉降对道面结构性能的影响.结果表明,土基强度对混凝土板厚度的影响较其他设计参数更为明显,反应模量宜控制在40~60 MN.m-3;土基的均匀沉降主要影响道面的标高和排水性能,应小于10 cm;土基的不均匀沉降使道面结构与土基出现脱空,应控制其变形断面的曲率.     

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。     

材料非线性对沥青道面结构力学响应的影响

借助三维有限元软件,建立半刚性基层沥青道面和柔性基层沥青道面结构模型,分析了B737,B767,B777飞机荷载作用下,土基材料非线性、粒料材料非线性、土基和粒料材料均为非线性三种情况时对道面结构力学响应的影响.结果表明,在三类不同起落架荷载作用下,随着轮载的增加,材料非线性对道面结构力学响应的影响逐渐增加,土基非线性对两种道面结构的力学响应影响不明显.半刚性基层沥青道面结构,粒料非线性与土基和粒料均为非线性时对道面表面弯沉和土基顶面竖向压应变影响不显著,但对沥青面层底部的拉应变和半刚性基层底部的拉应力影响较为明显.柔性基层沥青道面结构,粒料非线性对表面弯沉的影响不显著,但对土基顶面竖向压应变影响较大,土基和粒料均为非线性时对沥青面层底部拉应变的影响明显.     

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     

刚性路面柔性联接层有限元分析

基于中国半刚性基层水泥混凝土路面的使用经验,通过增加柔性联接层对现有路面结构进行改良,从而改善半刚性基层水泥混凝土路面的受力状态.利用有限元方法,建立加铺柔性联接层的水泥混凝土路面结构的3D有限元模型,对不同联接层材料模量和厚度情况下的路面各结构层进行力学分析.研究结果表明:半刚性基层自身变形随联接层厚度增加而递减,面层变形基本不受影响;水泥混凝土面板板底最大拉应力随联接层模量的增大逐渐减小,而半刚性基层和联接层层底拉应力逐渐增加;以上各结构层的变形能力和力学性能随联接层厚度和模量变化而变化的规律,为确定联接层合理的层厚和材料参数提供了一定的理论基础.     

机场柔性道面结构的飞机当量单轮荷载

通过引入机场柔性道面结构的飞机当量单轮荷载系数ζ和旁邻轮影响系数φ;明确了当量单轮荷载的概念和计算公式。分别基于结构层层底弯拉应力、应变和土基顶面压应变设计指标,分析了主起落架构型分别为双轮、双轴双轮和三轴双轮的飞机当量单轮荷载系数ζ随机场道面结构参数的变化规律。研究表明:计算沥青面层层底弯拉应变,刚性、半刚性基层层底弯拉应力的当量单轮荷载系数ζ时仅考虑计一根(或一排)轴载的影响;计算土基顶面压应变的ζ时可计入所有旁邻轮的影响。最后,给出了基于结构层层底弯拉应力、应变和土基顶面压应变的40余种飞机的当量单轮荷载系数ζ的近似回归公式。     

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%。     

飞机水平荷载作用下水泥混凝土道面结构响应

针对飞机在起飞状态和着陆滑跑时对水泥混凝土道面结构产生较大的水平荷载,采用ANSYS软件建立足尺9块道面板三维有限元分析模型,研究了2种典型飞机起飞时轮载作用于6种荷载位置时道面结构的力学响应,并分析了着陆时水平力系数对道面结构响应的影响.结果表明:起飞时,2种机型对道面结构的应力峰值分别变化了0.12MPa和0.05 MPa;道面板应力峰值与水平荷载呈线性变化,仅在单轮主起落架作用在荷位1时呈非线性关系;轮载作用于板中和纵缝板边时,水平荷载对道面板应力影响较小;轮载作用于板角和横缝中部时,道面板应力峰值同水平荷载方向有关.     

橡胶混凝土道面温度场演化特征

为了明确橡胶混凝土道面的温度场分布与演化特征,基于光纤光栅测试技术,建立了橡胶混凝土道面现场温度信息的连续监测,研究了橡胶混凝土道面早龄期(0～4 d)和长期(9～84 d)的温度场演化特征,并且以普通混凝土道面为参照,对比分析了橡胶颗粒的加入对混凝土道面长期温度场演化特征的影响。基于温度分布统计,研究了橡胶混凝土道面和普通混凝土道面温度场的频率分布特征。结果表明：在早龄期温度演化的第1、第2阶段,水化放热是影响橡胶混凝土道面温度场的主要因素;在橡胶混凝土道面的零应力温度时刻,道面板中的温度高于板顶和板底,温度梯度为-12.0℃/m;在混凝土固化阶段,负温度梯度将导致橡胶混凝土道面产生翘曲固化残余应力。长期监测结果表明橡胶颗粒的加入使混凝土对温度变化的敏感性降低,使混凝土道面在降温阶段的板中温度明显变高;橡胶混凝土道面的最大日平均正温度梯度是普通混凝土的6.85倍,而最大负温度梯度只有普通混凝土道面的51%;在一个温度变化周期(24 h)内,橡胶混凝土道面温度的日变化曲线呈现明显的日不对称性,降温时长是升温时长的2倍。温度分布统计结果表明橡胶颗粒的加入可以有效降低混凝土道面出现负温度梯...     

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。     

土质路基CRTSⅠ型平板式轨道温度力研究

以土质路基上CRTSⅠ型板式无砟轨道结构作为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立了土质路基板式无砟轨道力学实体模型,对CRTSⅠ型板式无砟轨道进行温度力分析,确定轨道板板面和板底温度相差±10℃时,确定平板式轨道板所受的最大拉应力、最大位移,以及温度荷载对CA砂浆、混凝土支承层、土质路基的影响程度,最终得出轨道板应该采用双向配筋及在计算中可以不考虑温度荷载对CA砂浆层的受力影响等结论。     

考虑温度荷载的机场沥青道面复杂应力状态研究及性能评估

飞机在跑道上进行低速滑行转弯时,对道面同时作用竖向力与水平推力,同时温度也是影响机场沥青道面结构特性的主要因素之一。在此道面区域有竖向力、水平力和温度共同作用,从而加重了沥青道面的损坏并影响其运行安全。针对此问题,利用有限元软件ABAQUS建立机场沥青道面结构的温度场分析模型及温度与复杂荷载耦合分析模型,分析东北和华北地区不同气候条件下道面结构内部温度场的变化规律。华北、东北地区气候条件下,随着道面结构深度的增加,温度变化由剧烈趋于平缓,较之跑道表面其下每层最高温度不断延后;进而开展跑道转弯区和直线区复杂应力与温度耦合作用下沥青道面结构内部应力状态及变形规律分析。分析表明,在转弯区和直线区道面中面层底部剪应力大于上面层底部及下面层底部,面层竖向应力随深度衰减;随着荷载作用次数的增加,竖向变形量与剪切强度前期增加较快,尤其是在道面出现中等损坏之前增加最快,中等损坏后直到严重损坏两者增加均变缓。进一步,设计模型试验模拟沥青道面在复杂应力与温度耦合作用下的受力状态,获得道面结构剪切强度及其变形规律,与上述数值分析结果相一致。在上述数值分析和试验研究基础上,提出基于道面结构应力和变形的道面性能评估量化指标。     

沅水大桥高桩承台钢吊箱围堰预制混凝土底板受力分析

通过对钢吊箱围堰的钢筋混凝土底模板的施工过程进行数值模拟,分析了混凝土底模板在自重荷载、安装钢围堰和施工封底混凝土3个施工步情况下其上应力和变形分布规律.高桩承台施工中采用钢吊箱围堰,利用钢筋混凝土底模板代替钢模板,对预制混凝土底模板的厚度和承受不同荷载之后的内力和变形分布规律进行分析,并进行了几何尺寸优化.分析中考虑板的自重,将钢吊箱重量作为分布荷载施加于板边预定位置,并在围堰内部预制板上施加封底混凝土重力荷载.分析结果表明:在自重荷载、钢围堰荷载和封底混凝土荷载作用下板中的应力和变形分布不均匀,板的厚度对板中的应力和变形影响显著.对于不等厚度底模板,其应力和变形亦能满足工程需要.依据应力分布特征对模板内部桩孔周围部分应力和变形的较大部位加厚,将传统等厚度模板变成不等厚度模板,既保证了施工过程的安全性,又减轻了结构自重,取得了较好经济效益,可为类似工程所借鉴.     

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...     

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。     

装配式水泥混凝土道面灌浆层的粘结特性

为解决装配式水泥混凝土道面应用中灌浆层的优选问题,设计了灌浆种类、板底粗糙程度、灌浆厚度和基层结构四因素三水平的正交试验方案,开展了竖向静态和疲劳加载试验以及侧向加载试验.结果表明:板底粗糙程度对灌浆层与面层粘结性能影响最大,灌浆种类对灌浆层与基层粘结性能以及道面结构承载性能影响最大;经疲劳加载后,面层的中性面会出现不同幅度的上移,挠度和压力与疲劳加载次数的关系曲线呈现出剧烈变化、线性变化和稳定3个阶段;侧向荷载作用下,高强无收缩灌浆料(CGM)与基层的粘结性能最好,侧向荷载与上层结构位移满足二次多项式关系.当灌浆材料为CGM、板底光滑、灌浆厚度为2.0 cm、基层结构为12%水泥稳定土时,道面灌浆层的粘结性最好.     

双筒双板型浮式防波堤的结构优化

基于粘性流理论和有限元模型的防波堤波浪荷载和强度计算结果表明,双筒双板型浮式防波堤结构在波浪作用下,底板部分所产生的应力较大,容易发生破坏。为降低结构的破坏风险,并保证结构的消浪性能,对H=1 m、T=3.6 s,H=1.4 m、T=5.2 s,H=2.4 m、T=8 s 3种工况下增加底板板厚后的底板应力进行试验,发现在H=2.4 m、T=8 s的大波高长周期的工况下,板厚增加30 mm,应力可降低到79.2 MPa,结构强度满足防波要求。同时,综合考虑浮堤结构的重量、建设和安装成本等因素,决定选取底板增厚30 mm的优化方案。     

混凝土板对钢空腹夹层板楼盖静力性能影响分析

为进一步研究混凝土板对钢空腹夹层板楼盖静力性能的影响,运用非线性有限元方法,通过建立精细化模型,对其在两个设计层次中的影响程度进行了对比分析。以混凝土板厚度作为变量,分析了不同混凝土板厚夹层板楼盖静力特性的变化趋势,并对其进行了比较。研究结果表明,混凝土板可以显著提高楼盖结构竖向刚度,并有效降低钢空腹夹层板楼盖上肋和剪力键的应力水平。根据常见结构跨度,混凝土板厚的取值范围在120 mm以内时,结构整体性能提高最为明显。因此,在设计分析时考虑混凝土板的影响是合理的。     

现浇空心混凝土楼盖的技术特点探讨

现浇混凝土楼盖的早期应力的发展和板长有关,板长越长,应力越大。后浇带的作用就是设置应力释放带来缓解超长混凝土结构中的应力,它对局部的应力释放效果是很明显的。但是,工程实例表明：对于超长混凝土结构,随着板长的增加,应力增大的并不明显,有增长变缓的趋势。