粘弹地基上弹性道面板的弯沉求解

以一种更符合道面实际的力学计算模型——移动荷载作用下粘弹性地基上无限大弹性薄板系统来研究机场刚性道面弯沉的求解,应用线性系统的叠加原理和坐标变换,建立求解系统的动力响应广义积分公式,把运动荷载问题转化为获取位移脉冲响应函数。在柱坐标中利用拉普拉斯和汉克尔变换求解板在瞬时点源荷载作用下的解,再结合广义积分得到道面板在移动荷载作用下的弯沉解析解     

基于通行覆盖率的机场道面交通量分析

通过对不同起落架机型的轮迹分布规律进行测试,得出机场道面荷载覆盖作用曲线,同时引入通行覆盖率理论,介绍了机场道面通行覆盖率的计算原理,并以B747-400为例,对其单轮及双轮叠加轮迹的正态分布曲线的最大概率值进行了计算,最后,计算得到其通行覆盖率P/C为4.25,该方法对我国机场道面设计方法革新具有重要的推动作用。     

大型军用飞机多轮荷载作用下水泥混凝土道面的结构响应

以伊尔-76为例,考虑大型军用运输机复杂起落架构型和多轮荷载的作用特点,基于“地基-道面结构-飞机轮载”的相互作用,并采用弹簧单元模拟道面板的接缝传荷,借助ABAQUS软件建立了足尺9块水泥混凝土道面板的三维有限元分析模型。应用该模型,计算了多轮荷载不同组合作用下水泥混凝土道面的应力和变形,揭示了道面结构的力学响应,即在多轮荷载作用下,道面结构的最大应力位于轮载作用位置的板底部;与8轮荷载组合相比,16轮荷载组合作用下道面结构的应力和变形较小;而且,道面板弹性模量、基层回弹模量和地基反应模量对板底弯拉应力影响显著。     

移动荷载下机场刚性道面惰性点影响因素分析

在原有惰性点理论静力分析的基础上,结合Kirchhoff薄板运动微分方程,就Winkler地基上的刚性水泥混凝土道面板在移动荷载作用下,文章对惰性点存在性进行了研究,同时分析了刚性水泥混凝土道面板惰性点在移动荷载作用下受车辆速度、面板厚度、泊松比、密度和地基阻尼等因素的影响规律。研究结果表明:在移动荷载作用下,刚性水泥混凝土道面结构存在惰性点,并且此惰性点受车辆速度、板厚影响较大,而板的泊松比、密度和地基阻尼对惰性点影响较小,可以忽略不计。移动荷载下惰性点的存在性分析结果,为下一步惰性弯沉法在移动荷载下道面结构参数反演回归分析提供了基础。     

高架桥钢箱梁有限元分析和横隔板设计

文章针对跨度40 m、单幅宽度为12. 45 m、三车道、双箱单室某高架钢箱梁桥,采用MidasFEA有限元分析软件,建立全桥有限元模型,进行应力和变形分析。在保持腹板间距,U肋布置和顶底板厚度不变,以满足设计规范要求,选择横隔板间距为设计参数进行优化。重点分析横隔板从17道减少到15道、13道、11道和9道时,车轮荷载重轴施加于跨中横隔板中间的顶板,顶板和U肋下缘的挠度、纵向正应力和横向正应力的变化规律;以及车轮荷载重轴施加于横隔板支点处的顶板,顶板和U肋下缘纵向正应力和横向正应力的变化规律。结果表明:随横隔板数量增加,重轴施加于相邻横隔板中间或支点处,顶板和U肋下缘的挠度和应力的绝对值都减小。根据计算,采用11道横隔板能满足设计规范要求。     

机场装配式预应力混凝土道面冲击荷载研究与数值模拟

通过重型落锤式弯沉仪模拟飞机冲击荷载对道面的作用，测试了柔性过渡层预应力混凝土道面的板底应力和竖向位移。采用ABAQUS有限元软件建立了3D模型，以现场弯沉值和板底应力数据，校检了有限元模型拟合程度。并分析了不同冲击荷载、不同柔性过渡层厚度、不同冲击位置3个因素对柔性过渡层预应力道面板抗冲击荷载性能的影响。现场试验与数值模拟结果表明：柔性过渡层可提高预应力道面的抵抗冲击性能，提升道面板使用寿命。     

瞬态冲击荷载作用下刚性道面动态响应分析

以ABAQUS作为分析平台,通过对荷载模型、材料模型、接缝传荷模型等进行合理简化,建立了考虑传荷的双板实体有限元动态响应分析模型,适用于镐头机拆除工况下作用初始阶段刚性道面结构动态响应的模拟。冲击荷载作用下刚性道面变形的动态响应分析表明,竖向位移响应存在显著的叠加效应,在50个冲击荷载作用周期内竖向位移呈周期性历时变化规律;冲击荷载作用下应力的动态响应分析表明,各冲击荷载作用周期内的应力没有叠加效应,最大主拉应力历时分布与荷载加载频率基本一致;动态响应与静态响应对比分析表明,无论是刚性道面的变形响应还是应力响应,动态分析结果均小于静态分析结果。     

飞机主起落架移动荷载作用下道基动力响应分析

飞机起降过程中主起落架移动荷载引起的跑道道基土体循环动应力是导致跑道沉降和差异沉降的主要原因。采用移动荷载作用下跑道动力响应半解析有限单元法,基于叠加原理分析了B747-400和A380-800客机主起落架轮组移动荷载作用下道基土体动应力响应规律。分析结果表明:在B747-400和A380-800客机主起落架移动荷载作用下,道基浅层土体竖向正应力沿横向呈倒锅底型分布,荷载影响深度可达13 m;主起落架机轮分布对浅层道基土体竖向正应力影响较大,对深层土体影响不大;飞机移动速度对浅层道基土体竖向正应力分布影响较小,但对深层土体影响较明显,当飞机滑行速度达到60~80 m/s时,荷载影响深度达静力分析时的1.5~1.7倍;采用柔性道面板时,浅层土体竖向正应力较刚性道面结构时增加约50%,荷载影响深度增加约10%。     

适应大型特种飞机的机场水泥混凝土道面结构设计方法

对适应大型特种飞机的机场水泥混凝土道面的损坏模式、设计标准和厚度计算方法进行研究。明确了大型特种飞机荷载重、起落架复杂的特点;三维有限元分析的结果表明,其多轮叠加效应明显,建议在道面结构设计中考虑全起落架荷载。针对大型特种飞机的特点提出以9块板三维有限元模型作为力学分析模型,以板疲劳断裂作为损坏模式,基于累积损伤原理考虑混合交通。基于Miner原理,给出了累积损伤因子CDF的计算公式,并以CDF接近1(道面达到50%的开裂密度)作为道面设计标准。详细分析了不同机型通行-覆盖率的计算方法,以此为基础形成了各机型预期覆盖次数的计算方法。系统对比了国内外的水泥混凝土道面疲劳方程,建议以美国NCHRP1-26提出的疲劳方程作为现阶段构建水泥混凝土道面设计方法的基础,并进一步明确了允许覆盖次数的计算方法。综合提出了适应大型特种飞机的机场水泥混凝土道面结构设计流程。     

考虑接缝影响的机场刚性道面的有限元分析

以Marc有限元软件为工具,对道面面层和接缝用板单元进行模拟,考虑面层和基层之间的界面接触,建立了基于＂地基—道面结构—飞机轮载＂的相互作用的足尺9块板水泥混凝土道面三维有限元模型,应用该模型,计算了飞机当量单轮荷载作用下刚性道面结构的力学响应,得出道面各结构层模量对板底应力的关系。     

不同龄期混凝土多次冲击损伤特性试验研究

为了解不同龄期混凝土多次冲击损伤特性,利用大杆径分离式霍金森压杆(SHPB)试验装置对5种不同龄期下的支护混凝土分别进行多次冲击压缩试验,并采用Weibull分布的统计损伤模型分析其损伤特性,系统地了解多次冲击荷载对混凝土造成的损伤规律。结果表明,对每一龄期混凝土,在其临界入射能75%水平的冲击条件下,第一次冲击有助于提高混凝土的抗压强度,之后随着冲击次数增加,混凝土的抗压能力、变形能力都变弱。随着龄期的增长,混凝土损伤–应变曲线表现出2种不同变化形式,损伤度对入射能的敏感度降低,试样失稳时的累积损伤没有明显的变化,均在1.00左右;而峰值损伤则以对数函数关系降低,其中稳定龄期的峰值损伤表明,Weibull分布的统计损伤模型能反映材料的损伤特性。     

重载交通对沥青路面早期破坏的力学分析

针对济青高速公路新罩路面的早期破坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查,基于重轴轴载的作用图式,分析了重载交通作用下该沥青路面各结构层的力学响应,指出了重载是造成济青高速公路出现早期破坏的主要原因。     

基于光纤光栅传感技术的沥青路面行车工况下力学响应研究

为揭示半刚性基层沥青路面内部真实力学响应规律,为耐久性路面设计提供参考。通过现场埋设光纤光栅传感器,基于真实荷载工况开展了不同车速与轴载作用下沥青路面应变测试试验。测试结果表明：沥青面层轮载中心拉应变最大,为该层最不利荷载点位|静载应变历时曲线黏弹性明显,且很好地符合Bugers模型,拟合判定系数为0.98|动载应变曲线呈现明显的压-拉-压波形。水稳碎石基层轮隙中心拉应变最大,为该层最不利荷载点位|静载应变历时曲线符合弹性性质,动载应变曲线主要表现为拉峰波形。构建了路面结构层层底应变随轴载和车速变化的理论函数模型,并得到了纵向动应变压峰与拉峰的峰值比值随车速变化的规律。其研究成果可供耐久性沥青路面设计及室内疲劳试验参考。     

沥青混凝土路面离析病害及解决对策

离析是路用集料施工分布不均匀性的综合表现,是引发沥青路面早期损坏的主要原因之一.通过对离析现象及成因、危害的讨论分析,提出了施工中防治离析的措施和一旦形成后的补救方法.离析完工后无法补救只能预防,采用正确的操作方法和通过加强对施工过程的科学管理与控制,是减少离析的关键.     

考虑风速风向联合分布的双坡屋面风致疲劳研究

为研究风荷载作用下大跨度低矮建筑金属屋面板的疲劳损伤分布规律,以坡度为1/60的双坡屋面建筑为研究对象,基于1975～2019年间的风速风向数据,研究了双坡屋面板50年重现期的疲劳损伤累积值。采用Gumbel分布描述日极值风速分布,混合Von Mises分布描述风向分布,并用单参数Archimedean Copula函数描述二者的相关性,得到了风速风向的联合分布; 基于双坡屋面的测压风洞试验结果,考虑连续变化风速和离散风向角对疲劳寿命的影响,研究了金属屋面板的疲劳损伤累积值。结果表明:双坡屋面板疲劳损伤与主导风向、屋面位置等因素密切相关,位于主导风向处的迎风屋檐、边角等气流分离位置的疲劳损伤累积值远大于其他区域; 良态风环境下,该双坡屋面金属屋面板50年风致疲劳损伤累积值最大可达0.746,风荷载可引起迎风屋檐、边角位置金属屋面板的疲劳破坏; 对于金属屋面板而言,风致疲劳破坏是引发风揭事故的巨大隐患,应高度重视。     

交通荷载作用下加筋土路基残余变形减小的机理分析

应用有限单元法对交通荷载作用下加筋土路基进行隐式动力分析,并基于累积塑性变形的计算和影响因素分析,揭示加筋减小路基土残余变形的机理。分析结果表明:对于级配碎石基层沥青混凝土路面,加筋改善路基表面的压应力分布,减小传递到路基表面的剪应力,加筋后路基土上部80cm范围内动偏应力大大减小,而动偏应力是引起路基残余变形的重要因素之一;另一方面,交通荷载作用下,路基土的累积塑性变形主要发生在路基上部100cm范围内。因此,加筋后路基土累积塑性变形的减小,主要是由于加筋减小交通荷载作用下路基土上部的动偏应力;土工格栅刚度越大,动偏应力减小越显著。     

关于半柔性复合路面结构设计的探讨

半柔性路面是一种在开级配沥青混合料中填充水泥胶浆而形成的兼具沥青路面与水泥混凝土路面特点的复合路面。本文通过对半柔性复合路面破坏状态调查,提出了相应的设计标准,结合半柔性复合路面材料的抗压模量、劈裂强度、应力应变关系曲线及其结构的荷载响应特点,提出了该路面结构的设计理论及设计方法。     

复合道面结构抗冲击性能试验与数值模拟

采用大型落锤冲击机对一种新型复合道面板进行了冲击荷载作用下的动态响应试验,该新型复合道面板自上而下依次为:土工格栅加固的沥青混凝土(AC)层、高强度混凝土(HSC)层及复合水泥基(ECC)层。通过落锤冲击试验获得道面层结构的损伤形式及变形特征,随后采用混凝土损伤材料模型模拟复合道面体系中混凝土类材料的动力特性。对材料模型的主要参数进行验证和确定,包括界面特性和各层材料的动力增长因数。根据新型复合道面体系的实验室落锤冲击试验结果,通过比较其破坏形式、损坏直径及位移值对数值模型进行了校核和验证。结果表明:提出的考虑界面性能和动力增长因数的三维数值模型能够较准确地模拟该复合道面体系在冲击荷载作用下的真实特性,且验证后的模型可进一步应用于研究不同因素（材料强度、断裂能及层间界面）对新型复合道面体系在不同冲击荷载作用下抗冲击性能的影响。     

Hierarchical approach for fatigue cracking performance evaluation in asphalt pavements

In this paper, a hierarchical approach is proposed for the evaluation of fatigue cracking in asphalt concrete pavements considering three different levels of complexities in the representation of the material behaviour, design parameters characterization and the determination of the pavement response as well as damage computation. Based on the developed hierarchical approach, three damage computation levels are identified and proposed. The levels of fatigue damage analysis provides pavement engineers a variety of tools that can be used for pavement analysis depending on the availability of data, required level of prediction accuracy and computational power at their disposal. The hierarchical approach also provides a systematic approach for the understanding of the fundamental mechanisms of pavement deterioration, the elimination of the empiricism associated with pavement design today and the transition towards the use of sound principles of mechanics in pavement analysis and design.