正交异性钢桥面铺装层疲劳寿命的断裂力学分析

计算和分析正交异性钢桥面铺装层表面裂缝应力强度因子,在此基础上应用Paris扩展公式预测铺装层疲劳寿命。将奇异单元布置在铺装层表面裂缝前沿,建立正交异性钢桥面系三维断裂力学有限元模型,计算铺装层表面裂缝的应力强度因子;分析裂缝应力强度因子随轴载作用位置的变化规律,确定了带裂缝铺装层轴载作用的最不利荷位;以最不利荷位作为轴载作用的标准荷位,计算应力强度因子随裂缝扩展深度的变化,并数值拟合得到了应力强度因子与裂缝深度的关系式;将应力强度因子的深度关系式代入Paris公式,积分得到铺装层的疲劳寿命。计算结果表明,基于钢桥面铺装层带裂缝工作的事实,应用断裂力学方法预测钢桥面铺装层疲劳寿命是可行的。     

锈胀影响下钢绞线与混凝土粘结性能研究

为研究锈蚀对钢绞线与混凝土粘结性能的影响,设计制作了12根钢绞线混凝土粘结试件。通过对试件进行室内加速锈蚀及拉拔试验,得到各试件混凝土表面锈胀裂缝分布、混凝土表面应变分布及粘结应力-滑移曲线。分析了锈胀裂缝宽度对粘结应力分布、粘结强度及粘结应力-滑移关系的影响。通过拉拔试件的粘结应力与先张法试件传递长度范围内的粘结应力的关系,建立了以平均锈胀裂缝宽度为变量的钢绞线传递长度计算公式。结果表明:钢绞线粘结应力沿整个试件呈不均匀分布,粘结应力峰值随锈胀裂缝宽度的增大呈下降趋势;试件自由端产生初始滑移及最大粘结应力下的粘结强度分别随锈胀裂缝宽度的增大而下降;锈胀裂缝对粘结应力-滑移曲线的初始线性段影响显著,不同锈胀裂缝宽度试件的粘结应力-滑移曲线差异明显;传递长度计算公式可为钢绞线试件锈胀开裂下的传递长度计算提供参考。     

表面裂缝对沥青路面结构的影响分析

利用有限元软件，对含表面裂缝的沥青路面结构内的应力、位移进行了分析计算，计算结果表明，随着裂缝深度的增加，裂缝区域的水平向应力、竖向应力、剪应力以及表面弯沉、裂缝尖端的应力强度因子均有较大的增加。     

面层与基层层间摩擦系数对应力强度因子影响的研究

开裂为沥青混凝土路面中存在的主要问题。基于线弹性断裂力学理论,采用ABAQUS软件中的平面应变单元法,分别分析了变温作用下裂缝的长度、面层与基层层间摩擦系数态对含表面裂缝和含反射沥青混凝土路面的应力强度因子分布规律的影响。得出了含表面裂缝和反射裂缝路面体的应力强度因子均随着裂缝长度的增加逐渐增大。表面裂缝裂尖位于面层中时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而逐渐减小;裂尖位于基层中时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而逐渐增大。反射裂缝裂尖位于基层中时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而减小;反射裂缝裂尖位于面层中且长度小于某一值时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而增大;反射裂缝裂尖位于面层中且裂缝长度大于某一值时,应力强度因子随着摩擦系数的增加而减小。     

边坡内部裂缝导致边坡破坏的研究

对于内部含有共线缺陷裂缝或由层状岩体构成的边坡,将其缺陷简化为内部的一组共线裂缝,假设边坡破坏是由于内部这组共线裂缝扩展导致的。判断边坡是否稳定的判据是裂缝尖端等效应力强度因子是否小于断裂韧度。运用有限元软件,假设不同长度、不同间距的共线裂缝,求解其应力强度因子,研究裂缝长度及裂缝间距不同时,裂缝尖端应力强度因子的变化规律。     

考虑冰劈效应的裂缝应力强度因子分析

根据热弹性理论将冰劈效应转化为冰劈荷载,并基于扩展有限元方法(XFEM),采用ABAQUS有限元分析软件建立半无限板模型,求解裂缝在冰劈效应下的应力强度因子,同时通过公式计算其应力强度因子的理论解,将两者进行了对比分析,采用不同的积分区域因子rk,通过J积分算法求解不同深度裂缝应力强度因子,得到rk取值范围,通过调整网格加密系数,研究了裂缝区域网格加密对于应力强度因子的影响。     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律。试验结果表明：劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准。裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段。裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显。裂缝宽度大于005 mm,30 d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50     

裂缝性地层防漏堵漏力学机制研究

 井漏是制约安全、快速、高效钻井的技术瓶颈。为了提高防漏堵漏效率,基于断裂力学理论,采用理论分析和数值模拟方法,研究堵漏材料在裂缝内不同位置架桥及考虑不同封堵效率的裂缝尖端应力强度因子、井周有效切向应力及裂缝宽度大小。研究表明,井筒压力一定时,裂缝越长,裂缝宽度和裂缝尖端应力强度因子越大;堵漏材料在裂缝开口处架桥时,井周有效切向应力提高最多,裂缝尖端应力强度因子最小,承压堵漏效果越好;缝内压力越低,井周有效切向应力提高越多,裂缝尖端应力强度因子越小。钻井中应根据裂缝宽度变化范围,选择合理的颗粒尺寸,使架桥位置靠近井筒,并随钻加入防漏堵漏材料,及时封堵微裂缝,防止裂缝持续扩展;同时使用优化的粒度分布及高性能的堵漏材料,形成致密封堵层,可以提高地层承压能力,有效预防井漏。通过现场试验验证,研究结果对现场防漏堵漏工作具有很好的指导意义。     

含裂缝沥青路面结构静力分析

应用有限元软件ABAQUS建立含基层裂缝沥青路面结构有限元模型,根据奇异等参单元及断裂力学理论计算裂缝尖端的应力强度因子,研究了路面结构层参数对裂缝尖端应力强度因子的影响,为道路抗裂设计奠定了理论基础。     

非洲地区含裂纹沥青路面的动力学研究

以地处非洲的尼日利亚某市政道路工程为例,基于断裂力学理论,取不同车速,面层动弹模和沥青路面裂纹长度3个因素,选取3水平进行正交试验,并运用有限元模拟计算正交设计方案的裂纹应力强度因子。结果表明:裂缝长度对裂缝的扩展影响最大,其次车速对裂缝扩展的影响较大,而面层的弹性模量对裂缝扩展的影响最小,远小于裂缝长度的影响,且裂纹应力强度因子随着面层弹性模量的增大而增大。在基础上,提出了在施工,运营和维护阶段为减少裂缝扩展导致路面破坏的建议。