大跨径混合梁斜拉桥钢箱梁与钢混结合段桥面铺装力学特性对比分析

根据大跨径混合梁斜拉桥九江长江公路大桥箱梁结构特征,采用通用有限元软件Abaqus分别建立了钢箱梁与钢混结合段的铺装结构有限元模型,对比分析了胎压为0.7 MPa和1.0 MPa作用下两种节段铺装结构层的力学响应分布规律。计算结果表明:钢箱梁铺装层的最大横向拉应力要大于最大纵向拉应力,最大层间剪应力出现在横隔板上方加劲肋两侧区域。钢混结合段铺装层的最大横向拉应力、层间剪应力以及最大竖向位移均发生在钢混结合段与钢箱梁段的接合面处。钢箱梁铺装层的主要力学控制指标值均明显大于钢混结合段铺装。研究结果可为钢箱梁桥与钢混梁桥的铺装设计提供力学计算依据。     

考虑层间不同状态的沥青路面力学响应分析

目的为了定量研究层间滑移条件下沥青路面结构力学响应．方法通过定义滑移系数来准确模拟层间不同的连接状态，分析了同一沥青路面在优、中、差三种接触条件下力学响应的变化，以及分析在不同滑动条件下基层回弹模量变化对沥青路面受力的影响．结果层间连接条件由优良转差后，弯沉和最大剪应力增长了近20％、沥青层层底由受压状态变为受拉状态．基层回弹模量增加，均能有效减少沥青层层底拉应力，但同时导致沥青层内竖向压应力和剪应力过大增长。使出现车辙的概率增加．结论在沥青路面设计和施工时应做好黏结层，避免层间滑动的出现．同时将基层模量控制在合理的范围1000～1200MPa内．     

考虑层间接触的旧水泥混凝土路面 加铺厚沥青层的力学分析

基于试验路段省道120线的路面技术状况,利用有限元软件ABAQUS建立旧水泥路面加铺厚沥青层的三维力学分析模型,并考虑了旧路面与加铺层的层间接触和旧路面间接缝.首先计算分析了结构的温度场,然后分析了结构在温度荷载和车辆荷载耦合作用下调平层厚度对结构力学响应的影响及各结构层的功能需求.得出以下结论：在典型高温天气下,面层顶部的温度高于55℃;温度场变化幅度较大的范围在0~30 cm,增加加铺层厚度可降低因旧路面结构引起的温度应力;加铺层承受了较大的竖向变形,上面层和调平层承受较大的拉应力,是路面由上而下开裂和由下向上疲劳开裂的主要原因;上面层承受着较大的压应力和剪应力,同时下面层和调平层也承受了较大的剪应力;增加调平层厚度,可有效降低调平层的拉应力、压应力和剪应力,可以较大降低对旧路面结构的抗拉强度要求,从而增强了结构抗反射裂缝能力和抗疲劳能力;根据力学分析,给出了各加铺层混合料设计建议.研究成果为改善道路材料设计和提高加铺结构耐久性提供力学理论依据.     

层间状态对沥青路面疲劳开裂与位移的影响

为了分析沥青路面层间脱开、滑移和疲劳开裂病害的成因,基于弹性层状体系理论,利用BISAR程序和ABAQUS有限元分析软件,分别通过减缩弹簧柔量ALK、Pell疲劳模型表征层间结合状态和路面疲劳性能,研究了有无水平力作用时ALK对沥青路面疲劳寿命、路表位移和层间位移的影响.结果表明:沥青路面疲劳寿命由层间连续转变为非连续时迅速下降,层间光滑状态下的疲劳寿命仅为连续时的1％;有水平力作用时,层间结合状态(连续、半结合、光滑)对路表水平位移影响显著;无论有无水平力作用,层间结合对磨耗层层底的弯拉应变分布有重要影响,且水平力会使路面结构层内的弯拉应力分布的深度增加;水平荷载作用和层间接触不良是自上而下型裂缝(TDC)产生的主要原因之一.     

层间结合对半刚性沥青路面力学响应影响分析

基于弹性层状体系理论,引入古德曼模型接触面单元理念反映层间结合条件,针对国内典型的半刚性基层沥青路面结构,分析不同层间结合条件下路表弯沉、层底弯拉应力、沥青面层剪应力等力学响应.层间结合条件影响了路面结构的力学响应,层间完全光滑使得集中于面层内的剪应力增大.应从设计、施工及运营管理等方面严格控制层间结合条件.     

铝合金板加固钢筋混凝土梁的剥离破坏机理试验研究

剥离破坏是铝合金板加固钢筋混凝土（RC）梁常见的早期破坏形式,为了避免剥离破坏的出现,对铝合金板加固RC梁的剥离破坏机理开展试验研究。制作了24根RC梁,利用结构胶将铝合金板粘贴在RC梁底部。为了研究附加锚固对剥离破坏的影响,部分试验梁在铝合金板特定位置设置了化学螺栓或U形箍。通过铝合金板加固RC梁的简支梁三分点对称单调加载试验,得到铝合金板加固RC梁的4种破坏模式：适筋破坏、超筋破坏、板端剥离破坏和中部裂缝剥离破坏。剥离破坏的原因是界面剪应力过大。利用铝合金板应变片的试验数据,得到了铝合金板的粘贴界面剪应力分布曲线,分析了界面剪应力分布规律：在板端取得最大值后迅速下降至零值,RC梁裂缝处界面剪应力发生突变。板端剥离破坏发生的机理：铝合金板端界面剪应力达到铝合金板与混凝土的粘贴强度后,界面剪应力导致保护层内混凝土剥离;中部裂缝剥离破坏发生的机理：界面剪应力在混凝土齿状块体端部产生的正应力大于混凝土受拉强度,导致混凝土齿状块体从梁体剥离。在此基础上,得到了两种剥离破坏的判别式,并结合试验数据验证了判别式的准确性。     

车辆超载作用下层间接触条件变化对沥青路面性能的影响

为探究车辆超载与层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构力学特性的变化规律,选取典型的半刚性基层路面结构,借助BISAR3.0软件中提供的剪切弹性柔量接触模型,分析不同轴载作用下沥青路面基-面层层间接触处于极端状态时的弯沉值、拉应力、剪应力及路面疲劳寿命变化量,并进一步探讨二者对力学特性的影响程度.结果表明:在车辆超载及基-面层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构内评价指标变化显著,且明显大于单一因素对性能的影响;下面层结构内拉应力及剪应力受层间接触条件及车辆轴载的影响较大.在选定的分析条件中,最不利状况与标准状态相比,弯沉值增幅159.5%;沥青层结构内剪应力涨幅为74.6%;半刚性材料结构层内拉应力值涨幅180.7%;车辆超载及层间接触条件恶化,致使路面产生病害的几率增大,使用寿命严重缩短.     

半刚性基层沥青路面面层剪应力峰值的影响因素

目的探讨沥青路面面层剪应力峰值变化规律和影响因素.方法运用多层弹性体系理论,双圆均布荷载下,考虑路面结构层厚度、模量变化以及层间状态的不同,分析半刚性基层沥青路面剪应力峰值的变化规律和影响因素.结果沥青路面剪应力峰值会随面层厚度的增加而减小,随基层厚度的增加而增大;沥青路面使用过程中面层模量变化以及设计选取基层模量过高会导致剪应力峰值的提高;层间出现滑移也将导致沥青路面剪应力峰值的大幅度增加.结论路面结构层模量变化及层间连接状态的不同对沥青路面剪应力峰值有显著的影响;路面结构层厚度对沥青路面剪应力峰值的影响相对较小,但也不容忽视.设计和施工过程中应充分考虑沥青路面剪应力的影响因素并加以控制.     

基于有限元的沥青路面坑槽修补结构力学特征研究

根据实际沥青路面坑槽修补的结构形式,建立有限元模型进行力学模拟,用节点跟踪法找出修补路面结构中的最不利受力位置,结果表明剪应力最不利位置在下面层底部,拉应力和压应力最不利位置在路表处.在最不利条件下,分析挖补面积、基层修补材料模量以及基面层层间接触状态对修补路面结构受力的影响,其结果可用于指导坑槽最佳修补面积的确定和基层修补材料的选择以及基面层层间状态的最优设计方案.     

不同荷载与层间接触条件下沥青路面力学分析

利用BISAR 3.0程序,分析沪宁高速公路扩建工程的实体路面结构受力情况,得出不同荷载与层间接触条件下,路面结构拉应变、最大剪应力、竖向剪应力、拉应力的分布特征与变化规律,在此基础上,又分析了对路面使用性能的影响。结果表明：超载引起半刚性基层、沥青面层、底基层两个界面层间滑动,进而使整个路面结构受到破坏。     

辽宁省低等级公路半刚性基层沥青路面推移现象形成机理

目的 研究辽宁省低等级公路路面推移现象产生的机理,提出合理的防治该种病害的技术措施.方法 在对辽宁省低等级公路路面病害调查的基础上,运用有限元分析软件对基层和面层间的剪应力进行模拟计算,通过改变路面结构参数和行车荷载,得出了面层和基层层间剪应力变化的一般规律.结果 重载和车速在纵坡行驶时的频繁变化是导致路面推移现象的主要因素.与标准轴载的情况相比,超载100%时,其层间剪应力增大了56%.结论 建议应从设计和施工两个方面加强面层和基层的黏结,以便有效地控制低等级公路路面推移现象的频繁发生.     

既有半刚性基层沥青路面大修处治策略

为了科学地进行高等级公路既有半刚性基层沥青路面结构大修处治策略,利用Abaqus有限元软件建立路面结构分析模型,分析了路面结构层参数对半刚性底基层抗疲劳寿命的影响,并应用北京市高速公路典型路段的实际数据对计算结果进行了工程验证分析,提出了既有半刚性基层沥青路面大修处治策略.研究结果表明:基层厚度、底基层厚度、面层厚度、交通荷载大小对半刚性底基层疲劳寿命的影响较为显著,路基模量和底基层模量的影响次之,面层模量和基层模量等路用材料刚度的影响相对较小.高速公路实际应用状况也表明:沥青路面首次大修年限与沥青面层总厚度的相关性相比路面结构总厚度更加显著,较厚沥青面层的路面结构具有较长的使用寿命;材料模量出现一定衰变,并不影响路面结构的耐久性基础,旧路结构通过加铺增加面层厚度,在不进行全面翻修改造的情况下,仍可以使路面结构具有充足的耐久性,延长其使用寿命.     

Harvesting energy from asphalt pavement by piezoelectric generator

This paper presents the way to harvest mechanical energy from asphalt pavement by piezoelectric generator. Results show that the potential energy in asphalt pavement can be up to 150 kW/h per lane per kilometre. Part of the mechanical energy can be harvested by piezoelectric transducers. The performance of seven typical transducers is examined through finite element analysis. Results show that PZT piles and multilayer, cymbal and bridge can work in asphalt pavement environment. PZT piles and multilayer have higher energy converting rate, However, the total harvested energy is small if these transducers are embedded directly in pavement. A prototype pavement generator is developed using PZT piles to increase the harvested energy. The generator can harvest more than 50 kW/h energy from the pavement under heavy traffic. 8-16 PZT piles are recommended for one generator. Round shape is suggested for the PZT piles to reduce the concentration of stress. And multilayer structure is recommended for PZT piles to decrease the electric potential of generator. The generator can be extended as sensor in the asphalt pavement, which can be used to monitor the traffic, pavement stress and temperature.     

水泥-乳化沥青混凝土在桥面铺装结构中的力学行为

为了减少桥面铺装在运营中的各类病害,将水泥-乳化沥青混凝土应用于桥面铺装的下层,并取代防水粘结层,对其适用性进行了研究.采用有限元力学分析方法,通过变换结构层的厚度来模拟该桥面结构层的力学行为.结果表明:当增大水泥-乳化沥青结构层的厚度时,各层之间的剪应力均减小,与桥面板之间的剪应力减小幅度较为明显,该层本身所承受的压应力也随之减小,当该层的厚度增加到3 cm以上时,上下层之间的剪应力下降幅度开始减缓.通过对新型桥面铺装结构力学行为特点进行研究,表明该材料适用于中、小型混凝土桥.     

橡胶粉沥青路面的降噪特性分析

为了研究路面降噪性能与橡胶粉沥青混凝土材料组成之间的关系,通过研究轮胎路面交通噪音的发生机理,结合既有经验和实测数据,对橡胶粉沥青路面降噪性能及主要影响因素进行了分析．研究结果表明．影响橡胶粉沥青混凝土路面降噪性能的主要因素有3个:橡胶粉的掺入量、骨料配合比和空隙率．     

新型钢桥面铺装结构的力学性能分析

针对目前正交异性钢桥面铺装层常见的裂缝、推移、局部拥包等破坏形式,应用有限元法对新型桥面铺装结构,分析不同位置的荷载对铺装层最大拉应力和表面最大竖向位移、最大剪应力的影响,并与传统的沥青混凝土铺装结构进行对比分析。分析结果表明：采用新型的铺装结构比沥青混凝土铺装结构的最大拉应力、表面最大竖向位移、铺装层表面和底面的最大剪应力都有一定程度的降低,因此能较好的控制钢桥面铺装层的破坏。在采用新型桥面铺装结构时应以铺装层横向最大拉应力、最大横向剪应力作为铺装层开裂破坏控制指标。研究结果可以为大跨径钢箱梁桥面铺装设计提供理论参考.     

永久路面结构应变分布及疲劳损伤分析

沥青混合料疲劳极限的存在是永久路面结构设计的主要理论依据,因此掌握沥青层底应变的分布和应变行为规律是永久路面设计的关键.通过现场实测数据,分析了永久路面试验路的交通组成、轴载谱及路面温度分布规律.通过轴载控制检测,分析了动态应变脉冲的特征,建立了最大纵向应变与温度、轴载的回归模型.根据轴载谱、温度分布及应变回归模型,对不同路面结构全年的最大应变分布进行了分析.根据疲劳极限理论,提出永久路面疲劳寿命的累积损伤分析法,并用累积损伤法对试验路的疲劳寿命进行了计算分析.     

沥青混凝土桥面排水系统分析与设计

通过水对桥面铺装结构以及行车安全的不利影响的分析,提出沥青混凝土桥面铺装层表面及内部排水系统方案,该方案将排水系统分为独立的表面排水系统和铺装层内部排水系统两个部分,强化了桥面横坡形成层(找平层)的作用.该方案能加快层间水排出的速度,增强桥面铺装层的强度和稳定性,从而确保结构耐久性的要求.     

沥青路面病害力学研究进展

为促进沥青路面病害力学的研究发展,通过概括国内外的相关研究工作,阐述路面几种主要病害的力学模型和力学机理。 针对道路条件复杂、超载现象严重的现状,梳理沥青路面永久性变形的研究成果,以及国内外目前主要的车辙预测方法;针对沥青路面在反复荷载作用下出现的断裂损伤,研究沥青材料的开裂及损伤力学模型;针对沥青路面水损坏问题,从微观角度分析水损坏机理,并基于流固耦合动力学探究水对沥青路面的影响;针对车辆反复作用下路面抗滑性能下降的问题,研究了路面磨损机理,以及不同因素对道路抗滑性能衰减的作用。     

层间接触状态对路表动态黏弹弯沉的影响

为研究结构层接触状态对路表弯沉影响,采用ABAQUS软件对半刚性、柔性基层沥青路面结构进行动态黏弹性分析,分析过程中将沥青混合料作为黏弹性材料,荷载选用落锤式弯沉仪(FWD)典型荷载,计算沥青路面结构在不同结构层处于滑动状态下路表弯沉时程曲线,并与连续状态进行对比分析.结果表明:对于多层路面结构体系,结构层接触状态对路表弯沉具有明显影响,其中面-基层滑动状态对路表弯沉影响程度最大,荷载中心处的弯沉峰值相对于连续状态均增加了50%以上,而且接触状态对路表弯沉的影响还与层位的位置相关.研究结果表明,在对路面进行力学分析时,应充分考虑层间接触状态,尤其对于利用弯沉值进行路面质量评价以及模量反演更为重要.