水泥混凝土路面板早龄期翘曲行为数值分析研究

以1/4面板结构模型程序为基础,考虑基层与面板的摩擦界面作用,开展了足尺路面板结构的三维早龄期翘曲有限元数值模拟研究,并与现场实验进行校验。对比显示,相比1/4面板模型,考虑基层摩擦接触界面的全面板模型程序板角位移计算值减小,日变化量级、趋势与试验监测结果更为接近,面板-基层界面参数对计算迭代收敛性影响较大。不同的工况组合下,由于早龄期的历程效应路面板会产生很多复杂的行为特征,计算仿真显示面板早龄期存在板角-1/4板中-板中的翘曲变形迁移运动,不同条件的边界约束导致演化形成不对称面板翘曲。在夏季28 d的记忆-松弛-记忆多次叠加历程作用下,路面板一般将产生正的固化温度差性状。由于混凝土早龄期行为的复杂性,早龄期数值模拟技术仍需研究模型优化、材料早龄期参数特性以及施工工艺的影响。     

水泥混凝土路面早龄期应力行为试验研究

为了解路面板早龄期应力性状与行为特征,基于福建夏季高温、冬季低温、隧道恒温进行了3种典型环境条件的路面板早龄期行为现场试验.采用无应力圆筒装置去除路面板温湿度无应力应变,基于应变历史结合步进法考虑徐变松弛获得路面板典型监测位置应力性状和时程.同步监测路面板早龄期温度场和整板翘曲,比较路面板早龄期应力与温度梯度、翘曲变形...     

水泥混凝土路面板早龄期翘曲行为机制研究

为了解水泥混凝土路面板翘曲在早龄期阶段的行为和形成机制,设计了大量程振弦传感器监测竖向位移方法,对夏季工况14 d早龄期路面板全幅竖向变形进行了连续监测,并结合编制的专用早龄期程序进行了对应行为和形成机制理论分析。研究显示,早龄期阶段面板呈现“平整板-板角翘曲,板角翘曲-1/4板位隆起中间态翘曲,板角翘曲-1/4中间态翘曲-板中翘曲”3阶段翘曲演化行为,面板变形在早龄期阶段存在多种翘曲模式和不对称现象。早龄期翘曲与环境场、面板混凝土模量、徐变、结构约束显著相关,徐变对面板早龄期行为有显著消散作用。在板周约束和温度变形驱动不足等组合情况下,将产生1/4对角线板位隆起固化形状,形成路面板局部不平整和对应位置脱空。建议区分早龄期固化变形和早龄期固化基准参数的作用特性,通过面板支撑状态等效反映固化变形作用效应。     

水泥混凝土路面板早龄期徐变效应研究EI北大核心CSCD

基于微预应力-固结理论徐变模型,综合考虑材料、结构以及环境参数影响,建立三维路面板早龄期力学行为仿真程序,开展了路面板三维结构徐变效应研究。研究显示,徐变对路面板早龄期作用是一种松弛效应,显著降低了路面板早龄期翘曲和应力;徐变对路面板早龄期行为的影响量级与温度梯度、板边约束的影响相当;徐变效应受板边约束、温湿度梯度和整体温度条件显著影响,空间位置存在不均匀分布特性,徐变作用下应力最大松弛位置向受约束的板边中部靠近;路面板徐变松弛效应有显著经时特性,前7天徐变效应最为显著,60天后趋于稳定;面板温度梯度与整体温度提高,徐变松弛效应显著增加。理论比较显示,忽略温度对徐变的影响会低估高温、高估低温条件下的徐变效应,工程中可基于徐变效应设计降低路面板早龄期初始翘曲与初始应力。     

水泥混凝土路面板早龄期湿度场数值模拟研究

基于Fick第二定律湿度扩散方程,采用有限差分方法,重点考虑面板温度变化、基层吸水及供水能力、自干燥对板内湿度的影响,开展了现场施工条件下水泥混凝土路面板早龄期湿度场数值模拟和性状特性研究,并与室内试验、四季不同的现场监测试验和国外类似研究结果进行了对比校验。研究表明采用的算法、模型和参数可较好模拟现场面板湿度场性状,数值模拟宜考虑面板内部温湿度耦合作用、采用基层湿度交换边界,基层绝湿边界可使面板湿度计算值显著偏高。现场施工条件下水泥混凝土路面湿度更易受到周围环境参数、施工铺筑时间和养护方式的显著影响,相比之下材料参数改变对面板湿度影响并不显著。建议进一步精细化研究板上下边界条件及参数,路面施工时尽量避免炎热季节,高温时段和基层过于预湿。     

谈谈旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土修补技术

随着道路建设的发展,道路改造修补的问题越来越突出。与沥青路面相比,水泥混凝土路面的修补较困难。文中探讨了加铺沥青混凝土的修补措施。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺改造技术研究

20世纪后期,水泥混凝土路面因其强度高、耐久性及稳定性良好在我国公路工程中得到了广泛应用。随着交通量的不断增长及重载车辆的持续增加,旧水泥混凝土路面病害愈加严重,甚至危害到行车安全。为此,如何做好旧水泥混凝土路面改造施工成了关键。该文以某改造工程为依托,详细调查了路面病害情况,提出了病害解决措施,并在此基础上,决定旧水泥混凝土路面加铺沥青进行改造施工,从而有效提升路面使用性能。     

水泥混凝土路面角隅应力分析

鉴于我国刚性、半刚性基层上水泥混凝土路面角隅断裂多发的状况,采用弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型分析其产生的原因。面层角隅在单个矩形荷载作用下,讨论了半空间地基和文克勒(Winkler)地基路面结构应力、弯沉的异同,给出了按应力和弯沉等效时地基参数之间的换算关系;分析了基层超宽对面层和基层自身应力的影响,得到了基层超宽系数的近似回归式;探讨了面层角隅受荷和温度梯度共同作用下面层应力采用叠加方法和耦合方法计算的差异;初步给出了板底脱空(层间接触刚度弱化)、邻板接缝传荷对路面结构应力、弯沉影响的规律。     

旧水泥混凝土路面缩缝加设传力杆的力学效应分析

为研究旧水泥混凝土路面加设传力杆带来的综合效应,对某高速公路路面缩缝加设传力杆,并修筑了不同方案的试验路,测试表明：未加设传力杆缩缝的传荷系数为0.2~0.4,加设后提高到0.7~1.0,传荷能力提高了2倍~5倍;直接受荷板的平均挠度值从0.587mm降到0.331mm,减少约1.8倍。通过ANSYS有限元建立旧水泥混凝土路面缩缝加设传力杆的三维模型,分别对已断板和未断板的5种缩缝设计方案进行的模拟对比,研究表明：旧水泥混凝土路面缩缝断面加设8根传力杆,直径28mm,间距26cm是比较经济合理的,缩缝加设传力杆将会产生很大效益,为确定经济、合理的改造设计方案提供理论依据。     

早龄期水泥混凝土拉伸徐变实测与模型

该研究研发了混凝土早龄期拉伸徐变测量装置,并能够测量直接拉伸强度和拉伸弹性模量。对测得的拉伸徐变进行模拟,采用现存模型对数据进行验证,认为现存模型不能够精确预测混凝土早龄期拉伸徐变。根据实测拉伸徐变数据对现存模型进行修正,建立了更能代表实际工程情况、用于混凝土结构物应力计算的拉伸徐变模型,提供了可用于结构物应力计算的松弛模量。     

不等尺寸双层混凝土路面结构力学模型研究

将刚性或半刚性基层上水泥混凝土路面简化处理为弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,面层、基层层间接触采用二元弹簧来模拟水平向从光滑到连续,竖向从连续到分离的情形。进而,通过一些算例,讨论了有限元解的收敛性和单元划分,实体与薄板两种单元的适用性,基层超宽效应和邻板影响,以及半无限弹性体和Winkler两种地基类型的差异。结果表明:实体单元较薄板单元更适用于混凝土路面结构应力分析;基层超宽可降低面层应力0%―22%,但增大了基层自身应力;接缝设传力杆、拉杆可有效降低板底脱空程度;采用不等平面尺寸双层结构模型,由弯沉反算的地基模量k在不同荷位均较为一致。     

基于正交试验思想有限元分析的水泥砼路面板角脱空判定方法研究

利用正交试验设计的思想,针对使用贝克曼梁法检测旧水泥砼板板角脱空建立三维有限元分析模型。分析结果表明,检测弯沉和接缝传荷能力是判定板角脱空状况的充分必要约束条件。根据分析结果,建立定量判定板角脱空状况新方法。     

基于半解析有限元的水泥路面荷载响应分析

基于半解析有限元原理和MATLAB软件,开发了水泥路面荷载响应分析程序CP-SAFEM（cementpavement semi-analytical finite element method）。将CP-SAFEM应用到具体工况中,与现行规范和ABAQUS进行了荷载应力的对比验证。结果表明：对于单层板路面,CP-SAFEM与规范公式计算结果误差不超过1%;对于双层板路面,CP-SAFEM与规范公式计算结果误差约为6%; CP-SAFEM与ABAQUS各项力学响应计算结果最大误差不超过5%;当横断面采用相同的网格划分时,CP-SAFEM的计算时间为ABAQUS的1/6;以弯拉应力作为力学指标确定了水泥路面的临界荷位。各项研究表明CP-SAFEM具有良好的计算精度和运算效率。     

弹射冲击载荷作用下沥青混凝土路面面层的损伤

沥青混凝土作为一种粘弹性材料一般只研究其疲劳损伤特性,冲击损伤研究较少。针对路面在弹射载荷作用下产生中低应变率响应的特点,采用Cauchy应变表达的三维简化ZWT(朱-王-唐)非线性粘弹本构模型以及应变率相关的损伤演化模型,建立了增量形式并将Kirchhoff应力转化为Cauchy应力,编写用户材料子程序嵌入有限元软件中。推导了恒应变率条件下含损伤的简化ZWT本构表达式,使用最小二乘法拟合出本构参数。分析了沥青混凝土场坪面层的冲击损伤,阐明了损伤变化规律、分布规律,为发射场坪的选择提供了一定参考。     

粗骨料对沥青混凝土开裂阻力影响分析

沥青混凝土是典型的非均匀材料,在进行力学分析时通常是将其视为均匀、各向同性体,但是理论分析结果很难与实际相符合。同时均质化假设也很难解释含大粒径骨料的沥青碎石作为防裂层的抗裂性能优于小粒径沥青混凝土的现象。笔者通过在均质的沥青混凝土引入一个粗骨料,应用断裂力学平面有限元程序系统地分析了粗骨料对沥青混凝土抗裂性能的影响,分析结果可以较好地解释大粒径沥青混凝土的抗裂性能优于小粒径沥青混凝土的机理。因此,使用大粒径骨料沥青混泥土能够改善路面的使用寿命。