弹性地基上混凝土板动力响应试验及数值分析

为探讨弹性地基上混凝土板的动力响应,开展室内模型试验和数值模拟分析.在模型箱内填实土体,上置预制混凝土板,采用橡胶头的力锤作为加载设备,研究混凝土板的运动过程、脱空状况以及弯沉盆形状等,并辅以数值验证.结果表明:板角加载时位移幅值最大,板中加载时位移幅值最小;不脱空情况下,在板对称轴一端加载时,加载点向下位移最大,对称轴另一侧向上位移最大;在小变形和接触良好前提下,功的互等定理完全适用;在板边中点敲击,弯沉盆边界在板中附近,而在板角敲击时弯沉盆边界靠近板对角线;脱空区附近的位移等值线密度增加、曲率变大.可根据弯沉盆形状或相关点处位移值判别板的脱空状况,以及通过数值结果拟合试验数据法来确定地基的弹性模量.     

动荷载作用下板底脱空对水泥板弯沉的影响

为了分析动荷载作用下板底脱空对水泥板弯沉的影响,建立了ANSYS三维有限元分析模型,利用移动荷载模拟车辆动荷载,隐单元模拟不同形式和程度的脱空,对比了脱空前后水泥板弯沉和应力的变化.结果表明:即使在传荷能力优良时,接缝处弯沉也会随着脱空面积的增大而增大,导致水泥板所受应力变大,最大等效应力值达0.87 MPa,是未脱空板块的235%,恶化了水泥板的受力状态,加速疲劳破坏;由于传荷能力较好,两侧弯沉同时增大,弯沉差不明显,通过弯沉差很难检验出脱空病害的存在,双侧脱空更具隐蔽性.需要准确的检测方法探测板底脱空的位置,对脱空位置及时进行注浆养护,避免单侧板底脱空发展为双侧脱空,改善脱空板的受力状况延长水泥路面使用寿命.     

一种评定接缝传荷能力的新方法

应力比与挠度比都能表征水泥混凝土的接缝传荷能力,但在实际工程中受到相应的约束,很难建立对应关系,而检测弯沉盆进行模量反算,以板边与板中的模量之比来评定接缝传荷能力,相比之下更行之有效.     

沥青加铺混凝土路面的实用计算方法

为研究沥青加铺水泥混凝土路面(PCC AC)在板中、板角和板边作用荷载的最大应力及弯沉情况,对27个水泥混凝土路面模型进行了ANSYS有限元分析,并据板中最大应力和弯沉回归出板角和板边的计算公式.将沥青加铺混凝土复合板按抗弯刚度等效原理换算为单层板,然后把单层板的表面应力在复合板中进行二次分配,可求得混凝土板的最大弯沉和最大拉应力,算例证明回归公式与有限元结果吻合良好.     

温度-荷载作用下新旧混凝土道面接缝力学性能

为研究新旧混凝土道面接缝处温度-荷载对机场道面板间力学性能的影响,基于Winkler地基模型,采用有限元方法建立了道面结构温度场计算模型.同时对华东地区某机场道面进行了重型落锤式弯沉测试,通过对比分析新旧道面板上不同位置处的弯沉、脱空判定值及传荷系数的变化规律,验证了计算模型的可靠性,进一步分析板底拉应力作用机理.结果表明：现场测试弯沉值考虑温度的影响,以保证对新旧道面板的板底脱空判定值和接缝传荷能力评价结果的可靠性;新旧道面间接缝的传荷系数与温度呈较好的二次曲线关系;随温度升高,在荷载作用下板底集中应力无法有效地释放,新道面的板底拉应力明显增大;提高道面板弹性模量可增强接缝处新旧道面板间应力扩散传递,但也会增大板底拉应力,易导致道面板沿板底向板顶开裂破坏.     

板底脱空对水泥混凝土路面板动力响应分析

为了分析板底脱空对水泥混凝土路面板的动力响应,基于流固耦合原理建立了考虑板与板相互作用的9块水泥混凝土路面板脱空有限元模型,分析在行车荷载作用下,车辆参数(均布质量、作用面积和运动速度)、路面板参数(路面板厚度、纵横缝分布钢筋等)以及板下地基脱空(不同脱空面积、不同位置以及脱空处不同含水量)对路面结构作用力的影响;探讨了接缝处布设钢筋的9块板水泥混凝土路面结构的动态弯沉、最大弯拉应力和水压力的变化规律.结果表明:无论脱空与否板角隅处脱空区域水泥混凝土路面板顶的表面弯沉、弯拉应力明显大于纵缝脱空区域;弯沉和弯拉应力随着脱空面积的增大而增大;脱空区域不同含水量对板弯沉和弯拉应力影响不大.随着脱空面积的增大,基层脱空区域底面受水压力呈线性增长的趋势,其中板角隅处脱空区域水压力明显大于纵缝脱空区域.     

基于振动传递率函数的水泥混凝土铺面脱空识别方法

为提高水泥混凝土铺面脱空识别的准确性和便捷性,提出一种基于振动传递率函数的板底脱空识别方法。首先,建立了九块板全尺寸铺面结构三维有限元模型,获取冲击荷载作用下铺面板的多点加速度响应;其次,在2个振动传递方向上,分别计算相邻2个测点间的振动传递率函数,分析特定频段内传递率函数的差异,并提出传递率损伤指标(transmissibility-damage indicator, TDI)及其矩阵表达式;最后,计算分析11种不同脱空形式、程度下TDI矩阵的差异,并分析测点布设方式、信号噪声水平对TDI矩阵的影响。结果表明：该脱空判定指标能较好识别定位板角和板边局部脱空。所得TDI矩阵在板角脱空的2个传递方向均十分显著,在板边脱空的垂直脱空边方向较为显著;对于板中脱空,2个传递方向上的TDI矩阵均无法有效识别。板中脱空的分布与TDI矩阵的分布一致性较差;对于多区域脱空,其计算得到的TDI矩阵与单区域脱空类似,对于板角和板边局部脱空均能有效识别;测点布设越密,TDI矩阵的分布与脱空分布的一致性越高。然而,该识别方法对噪声水平较为敏感,噪声水平越高,识别精度越低,需要较高精度的传感器或设备予以支撑。     

Boeing747作用下刚性机场跑道临界响应研究

确定代表性机型的临界荷位与最大力学响应是进行刚性机场跑道设计的基础。采用高精度单元建立刚性机场跑道三维有限元模型,充分考虑接缝传荷作用和面板与基层接触,对Boeing747典型加载工况进行数值模拟,并结合计算结果进行对比分析。研究表明:Boeing7472个主起落架同时加载产生的水平拉应力大于单个起落架加载时的,故跑道设计时应考虑相邻起落架的影响;当2个起落架在同一块板加载时,起落架之间的混凝土板会产生横向反弯,但反弯处横向拉应力较小,故Boeing747加载时不会产生由顶部向下部扩展的纵向裂缝;由于弯沉盆叠加,2个起落架在同一块板加载产生的竖向位移峰值大于单个起落架板角加载时的;基层中各个方向应力在板角加载时最大,因此,有必要对板角处的基层采取一定强化措施。     

弹性地基上有限尺寸复合路面板受力分析

目的 为求解混凝土路面上覆沥青层复合结构路面板角弯沉和最大应力.方法 采用弹性地基上的多层薄板理论,忽略了沥青面层在接缝处水平连续性对路面承载力的影响.通过假定地基反力函数和路面板挠曲位移函数,得出了板角作用荷载时有限尺寸分离式路面和结合式路面的求解方法 .应用该方法 对均布圆形荷载作用下双层地基上的沥青一混凝土复合路面进行了分析.结果 采用地基反力和位移函数方程求解有沥青上面层混凝土路面板角最大应力和弯沉,其混凝土板角最大弯沉值及最大拉应力与ANSYS有限元分析结果 基本一致.能够获得较为满意的结果 .结论 自重对板角应力基本没有影响,对弯沉及位移函数曲线形状影响很小.可忽略不计.     

路基承载力的评定

提出了现行路基承载力评定方法存在的问题,通过介绍落锤式弯沉仪(FWD)和动态圆锥贯入仪(DCP)使用原理及各自优缺点,运用FWD和DCP结合工程实例对路基承载能力进行对比评定分析,得出了两者评定路基承载能力的可靠性和相关性.     

板角脱空条件下悬臂板模型的有限差分分析

分析比较了板角脱空条件下传统计算方法和有限差分法的优劣和计算结果之间的差异.传统的计算方法假设脱空面板为一等截面的悬臂板,在计算脱空部位有多个轮载作用的情况下,未考虑荷载偏心对板中应力的影响;利用有限差分法则能克服这个缺陷,并能方便地计算出整个板体不同部位的应力和位移分布.计算结果表明,假定脱空路面板为悬臂板时,无论是由传统方法还是有限差分法,在任何交通等级作用下,路面板均会产生破坏;由有限差分法计算得出的荷载疲劳应力和弯沉均大于利用传统公式的计算结果,在路基路面的设计中应增大安全系数.     

沥青加铺水泥混凝土路面板角施荷受力分析

为研究沥青加铺水泥混凝土复合路面在板角作用荷载时的结构计算方法,采用弹性地基上的多层薄板理论,建立了有限尺寸多层复合路面的计算模型,通过假定地基反力函数和路面板挠曲位移函数,得出了板角作用荷载时有限尺寸分离式路面和结合式路面的求解方法.分析结果表明:若取距板角槡2a+1.5he位置的混凝土板表面应力为位移函数计算控制应力,则该应力与有限元分析的最大应力吻合较好(相差不到5%);而沥青面层应力前者小于后者,最大相差40%.位移函数计算与有限元分析结果的板角弯沉最大相差9%.合理假定地基反力函数和路面板位移挠曲函数可以得出分离式和结合式复合路面板角作用荷载时的最大弯沉及各结构层的控制应力.     

基于板底脱空的水泥混凝土路面动水压力试验研究

通过室内动水压力模拟试验,研究不同浸水饱和度、脱空面积、荷载位置、荷载大小和荷载速度等条件下的水泥混凝土路面板底脱空处的动水压力。结果表明:脱空位置在板角处引起的动水压力最大,为最不利脱空位置;随着脱空面积的增多,动水压力呈线性增大;当浸水饱和度低于60%时,动水压力增加的幅度较小,当浸水饱和度高于60%时,动水压力急剧增大;随着荷载速度的增大,动水压力显著增大,但荷载大小对动水压力影响不显著。     

轴载与温度作用下水泥路面板的变形与应力分析

水泥路面板沿厚度存在温度梯度时,水泥路面板将出现翘曲变形(板角翘曲或板中翘曲),由于自重和约束的作用板内将存在温度翘曲应力,目前我国水泥路面设计中主要考虑温度应力和荷载应力的叠加造成的水泥路面板底-板顶产生的横向开裂,计算中并未考虑轴载和温度共同作用下水泥路面的应力和变形。文中通过有限元方法,建立模型,对单自由板在轴载和温度共同作用下的变形和应力进行了计算,计算中考虑了正向和负向温度梯度和轴载作用板不同位置时的工况,计算结果表明不同工况下水泥路面板最大应力将发生变化,将造成板不同的开裂方式。     

梁板融合预制装配式双拼槽钢混组合楼板试验

为充分发挥装配式工业化程度高和钢-混组合结构优良力学性能的优势,提出一种装配式双拼槽钢-混凝土组合楼板,对3组简支组合楼板试件进行了四点加载试验,研究了该组合楼板的竖向静载下力学性能。分析了楼板裂缝、挠度、应变(钢筋、钢梁、混凝土板)随荷载发展规律;基于极限平衡法,提出了考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的承载力计算公式。结果表明：组合楼板的变形呈双向板特征,试件破坏时均出现板顶角部裂缝和弧形裂缝,混凝土板底中心区域为网状裂缝和向角部延伸的斜裂缝,双拼主梁发生塑性弯曲;在楼板的中心挠度达到l₀/40时,试件荷载分别为327.63 kN、436.92 kN和406.12 kN,组合楼板承载力较高;钢筋的应变发展在垂直钢梁方向较大,沿着塑性铰线屈服;考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的计算公式与试验结果吻合良好,准确地预测了楼板荷载-挠度全过程曲线。     

线荷载作用下混凝土双向板的挠度分析

钢筋混凝土双向板在工业与民用建筑中应用十分广泛,随着板的应用跨度日益增大,常常遇到板上作用有集中线荷载的情况,预测板在使用阶段的挠度对指导工程设计具有重要的意义.目前在工程中通常按线弹性薄板小挠度理论计算板的变形值,所得计算结果与实际情况偏差较大.为此,在分析钢筋混凝土双向板的挠度时,有必要考虑材料非线性特性.本文研究了有线荷载作用的混凝土双向板在正常使用阶段的挠度计算方法,着重探讨了四边固支混凝土双向板的抗弯刚度计算.通过简化板在相应边界条件下的位移函数,得到了混凝土双向板的挠度计算公式,并与ANSYS软件计算结果进行了比较.最后对双向板挠度的影响因素进行了分析.