刚柔复合式路面结构与材料及发展趋势

刚柔复合式路面作为一种耐久性路面结构,广泛应用于重载交通、特殊地质条件、桥隧铺装等工程。为进一步推动耐久性刚柔复合式路面的应用,明确研究中的关键问题及发展方向,该文综述了国内外刚柔复合式路面的相关研究进展。在梳理刚柔复合式路面结构设计理论及施工技术的基础上,首先阐述了刚柔复合式路面的结构力学行为特征,分析了沥青面层和刚性基层的荷载应力、温度应力及其交互影响,刚性基层上的沥青面层一方面直接承受荷载和环境作用,另一方面可以改善下卧结构层的应力场和温度场,是影响刚柔复合式路面服役性能及使用寿命的关键;明确了刚柔复合式路面的病害主要出现在沥青面层,由于沥青面层与刚性基层之间的模量差异巨大,刚性基层上的沥青面层更倾向于产生压剪破坏,刚性基层的开裂以及刚‒柔层间的结合状态对沥青路面的性能也有着显著影响;最后,分别从沥青面层抗剪、基层板整体性、刚‒柔层间结合3个方面归纳了刚柔复合式路面性能的提升技术。基于刚柔复合式路面的结构力学特性,开展结构‒高性能材料一体化设计是提升刚柔复合式路面使用性能和耐久性的有效途径。

基于Bayes-LSTM的公路隧道围岩变形预测方法研究

在公路隧道施工过程中,围岩的稳定性对隧道施工的影响较大。因此公路隧道围岩变形的监控量测与准确预测是保障隧道施工安全的关键。针对当前隧道围岩变形的预测精度较低以及泛化能力较差等问题,该文提出一种基于贝叶斯(Bayes)优化长短期记忆网络(LSTM)的方法,该方法首先对拱顶沉降和周边收敛的原始监测数据进行预处理,而后构建公路隧道拱顶沉降与周边收敛的初始LSTM模型,并利用Bayes优化模型中的超参数,最终得出预测结果。利用该模型对某公路隧道拱顶沉降和周边收敛进行预测,将预测结果以均方根误差为评价指标与神经网络(CNN)和支持向量回归(SVR)进行对比。预测拱顶沉降时,Bayes-LSTM模型的平均预测精度相较于CNN与SVR模型分别提高了1.0与1.26;预测周边收敛时,Bayes-LSTM模型平均精度相较于CNN与SVR分别提高了0.3与0.32。表明Bayes-LSTM模型的预测精度较高,同时其能在训练模型过程中对历史信息进行判断和取舍,极大地提高了时序数据处理的效率,为公路隧道围岩变形预测提供了新的思路和探索。

基于联合静动力修正的混凝土斜拉桥主梁挠度变化规律研究

针对混凝土斜拉桥服役期间主梁不断下挠的问题,该文基于修正模型分析大跨度混凝土斜拉桥服役期间主梁挠度变化规律。采用联合静动力的有限元模型修正方法,构造双目标优化问题,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解,得到Pareto最优解集,从Pareto最优解集中找到协调最优解,从而实现有限元模型修正。模型修正后的静力位移和自振频率计算值与实测值吻合较好,能更好地反映结构的实际工作状态。在此基础上,结合主梁线形历年监测数据,分析不同徐变模式及拉索松弛效应等时变因素对主梁线形的影响,分析结果表明:采用CEB-FIP 2010徐变模式计算的挠度与实测挠度更加接近。中跨跨中下挠量最大,服役20年下挠量约为270 mm;主梁跨中挠度前5年平均增长率达33 mm/年,前5年挠度约占前40年的50%,后期主梁下挠趋于平缓。

基于SBS结构修复的再生沥青性能及机理研究

目前中国处理老化的SBS改性沥青时,一般采用普通沥青再生剂,但它无法修复SBS交联网状结构,导致老化SBS改性沥青再生效果较差。因此,该研究采用一种含有结构修复剂、萃取油、增塑剂、增溶剂和少量SBS的新型反应型再生剂对老化SBS改性沥青进行再生。通过三大指标试验、布氏黏度试验、动态剪切流变试验和低温弯曲流变试验对再生SBS改性沥青的常规性能和流变性能进行研究。同时,借助荧光显微镜和红外光谱仪对再生SBS改性沥青的再生机理进行研究。结果表明:掺入反应型再生剂后,老化SBS改性沥青的各项常规性能都能得到恢复,使再生SBS改性沥青常规性能达到最佳的再生剂掺量为10%。在最佳再生剂掺量下,再生SBS改性沥青常规性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中I-D级SBS改性沥青的技术要求。老化SBS改性沥青经再生后,SBS颗粒明显增多且分布较均匀,交联网状结构得到一定程度的恢复。再生剂中的环氧基团与老化SBS改性沥青的羰基发生聚合反应生成酯类化合物,将断裂的SBS分子链连接起来。

不同环境下酸性闪长岩沥青混合料长期水稳性能评价研究

通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及车辙试验评价了采用酸碱复合集料、单掺水泥(2%水泥替代矿粉)、消石灰(30%消石灰水浸泡石料)以及抗剥落剂(0.3%抗剥落剂改性沥青)的酸性闪长岩沥青混合料的短期水稳性能,再通过反复冻融劈裂试验、反复冻融烘劈裂试验以及反复酸蚀冻融劈裂试验测试处置酸性闪长岩沥青混合料在不同环境下的长期水稳性能。结果表明:酸性闪长岩的物理力学性能均满足规范要求;处置后酸性闪长岩沥青混合料的短期水稳性能显著提升,满足规范使用要求;但经0.2%抗剥落剂处置的酸性闪长岩沥青混合料在高温下的长期水稳性能较差;经30%消石灰水处置的酸性闪长岩沥青混合料具有良好的长期水稳性能,可推荐应用于工程中。

基于加速加载试验的青川岩改沥青混合料疲劳性能研究

为评价青川岩改沥青混合料疲劳性能,该文设计了基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验系统的动轮载三点弯曲加载疲劳试验装置,对双层沥青混合料复合车辙试件进行轮胎碾压下的三点弯曲重复加载疲劳试验,结合沥青混合料小梁试件MTS弯曲疲劳试验,评价青川岩改沥青及复合改性沥青等对沥青混合料疲劳性能的改善效果。结果表明:青川岩改沥青提高了沥青混合料承受重复弯拉荷载的能力,改善了沥青混合料的抗疲劳性能,其抗疲劳性能优于青川岩沥青与SBS复合改性沥青、SBS改性沥青和基质沥青;基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验的动轮载三点弯曲重复加载疲劳试验,能更真实地模拟现场路面轮载作用,减少了小梁试件尺寸效应对疲劳寿命的影响,再现了轮载作用下路面结构的受力状况。

基于改进SHRP融冰试验的氯盐融雪剂性能研究

氯盐融雪剂因其融冰除雪性能优异、价格低廉、易于获取而得到广泛应用。为探究氯盐融雪剂的温度适用性不同、标准不统一、撒布方式粗略等问题,该文通过改进的SHRP融冰试验,分析了温度、固液态及撒布方式对NaCl、CaCl_(2)、MgCl_(2) 3种常用氯盐融雪剂除冰性能的影响。试验结果表明:氯盐融雪剂的除冰性能对温度具有显著的敏感性;MgCl_(2)、CaCl_(2)两种融雪剂在融化过程中存在“放热”效应;同种氯盐融雪剂在固态下的融冰效率高于液态下的;同种氯盐融雪剂在不同撒布方式下融冰效率不同,其中,在线性撒布下除冰能力最强。根据试验结果,建议使用固态线性撒布的方式,并根据环境温度选择适宜的融雪剂。

城镇密集区公路桥群绿色建造创新探索

为提升城镇密集区公路绿色建造水平,结合南(沙)—中(山)高速的项目特点及工程需求,将绿色发展理念贯彻到公路设计、施工、运营、养护和管理的全寿命周期,重点研发了公路桥群工业化智能建造、公路资源综合利用、滨海湿地区公路环境保护与粤港澳大湾区交旅融合设计等四类十项创新技术。其中,预制梁环形生产线、非标准八车道等为项目特色首创技术,初步构建了典型城市群绿色桥群公路技术体系,并对未来重点发展方向进行了展望,以期丰富和完善粤港澳大湾区绿色公路技术体系,为其他高度城镇化区域可持续发展提供参考。

移动荷载下道路病害的弯沉盆特性

移动荷载作用下道路弯沉盆蕴含路基、路面的病害信息,充分利用移动弯沉盆信息开展道路病害快速无损检测受到行业重要关注。该文通过分析道路病害的弯沉盆特性,为移动弯沉车开发道路病害检测方法提供技术参考。首先建立半刚性基层沥青路面有限元模型,通过设置不同类型和程度的病害有限元模型,分析在移动荷载作用下路表弯沉盆的连续变化情况。结果表明:荷载移动到病害区域时,各病害模型中路表弯沉盆的中心弯沉值均会变大;路面结构层出现横向裂缝时,弯沉盆的形状会发生明显变化,贯通性横向裂缝对弯沉盆形状的影响最明显;基层与底基层局部松散对弯沉盆形状的影响比面层松散对弯沉盆的影响更明显;土基顶部出现空洞时,弯沉盆形状变化不明显;路基唧泥病害会严重影响路表弯沉盆形状与大小。

煤矸石混凝土性能研究现状

煤矸石是在原煤开采过程中产生的一种工业固体废弃物,其堆存量大,利用率相对较低。若将煤矸石用作混凝土骨料,不仅能有效解决煤矸石堆存造成的环境污染,还能缓解天然砂石资源短缺的问题,为煤矸石的大规模利用开辟一条有效途径。该文针对煤矸石作为混凝土骨料的应用特性,系统分析了煤矸石化学成分、矿物组成以及物理特性,概述了国内外关于煤矸石作为骨料对混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性以及耐久性的影响规律,并展望了煤矸石在混凝土骨料应用中的发展趋势,以期为煤矸石在混凝土中的大规模推广利用提供参考。

深水硬质岩嵌入式承台无封底施工关键技术

深水嵌入式承台基础施工中,需将泥面开挖至封底混凝土以下并对基底进行清理,以保证封底混凝土的高度和浇筑质量。对于地质条件良好的硬质岩,存在开挖困难、水下作业工期长、质量控制难、施工成本高等问题。该文依托重庆嘉华轨道专用桥主墩承台施工,采用理论分析、数值计算和工程实施验证相结合的方法,形成一种深水硬质岩嵌入式承台无封底施工技术。该施工技术,采用开挖壁体基槽并浇筑基槽混凝土的方式取代大体积封底混凝土,达到为承台施工提供干作业环境的目的,可将承台范围内基坑开挖由水下作业转为干作业,缩短水下开挖作业工期,节约水下混凝土用量,提高施工质量和施工效率,降低施工成本。

基于SEM的沙漠公路路基工程施工风险研究

在沙漠地区进行公路建设对完善交通网络节点、发展偏远地区经济具有重要意义。为有效探究沙漠公路路基工程施工风险,该文从人员风险、技术风险、材料风险、机械风险和环境风险5个方面出发,通过文献研究法筛选出影响沙漠公路路基工程施工风险的23项指标;基于问卷调查收集到的有效数据,构建沙漠公路路基工程施工风险的结构方程模型(Structural Equation Modeling,简称SEM);分析施工风险关键影响因素。结果表明:沙漠公路路基工程施工风险受恶劣气候、人员三违行为、风积沙质量、机械维修与保养、技术交底完整性的影响较大。提出具有针对性的控制措施,可为沙漠公路可持续发展提供参考。

考虑碰撞效应的近断层斜拉桥地震响应研究

为了研究碰撞效应对近断层斜拉桥地震响应影响,该文以一座双塔斜拉桥为工程背景,分析近断层地震动作用下斜拉桥主桥和引桥主梁碰撞响应及碰撞响应对结构地震响应的影响,研究黏滞阻尼器和弹性索对近断层地震动作用下斜拉桥碰撞效应影响,并与远场地震动下斜拉桥地震响应进行对比,探讨碰撞效应对斜拉桥减震率影响。结果表明:与无脉冲地震动相比,近断层脉冲地震动作用下在脉冲时段内斜拉桥主桥与引桥更易发生碰撞,碰撞效应对斜拉桥地震响应影响更显著;设置黏滞阻尼器和弹性索后,斜拉桥主桥与引桥在脉冲时段内仍发生碰撞,但碰撞响应减小,且脉冲地震动作用下碰撞效应对斜拉桥地震响应影响明显降低;在分析脉冲地震动作用下斜拉桥减震率时须考虑碰撞效应。

寒区道路桥梁融雪除冰技术研究综述

道路桥面的融雪除冰对车辆行驶安全至关重要,但是目前对于融雪除冰技术的研究主要集中在工程效果及技术评价上,尚未从除冰工作机理进行对比分析和系统阐述。该文基于融雪除冰机理将融雪除冰技术分为被动式除冰技术、主动融雪除冰技术以及能量利用型融雪除冰技术3类,并对其进行归纳总结。系统评价了融雪剂除冰法、机械除冰法两项传统除冰手段的优缺点;探讨了抑制类冻结铺装路面、相变材料路面两项主动融雪除冰技术,并提出相变材料用于路面融雪除冰具有绿色环保价值;介绍了不同能量利用型融雪除冰技术的应用机理。深入分析现有的道路除雪技术及其实际应用效果和存在的问题,以期对寒区道路桥梁冬季融雪除冰研究提供基础性支撑。

道路生态滤沟回填黄土毛细持水特性试验研究

市政道路生态滤沟雨季积水渗透、旱季保墒是基本功能,而黄土生态滤沟回填土的设计无据可依,常导致景观植被雨季渍害或旱季枯死。为此,通过对重塑黄土进行小尺寸毛细水上升高度试验、大尺寸持水特性模型试验以及非饱和数值分析研究。结果表明:当干密度分别为1.3 g/cm^(3)、1.4 g/cm^(3)时,土柱的最终毛细水上升高度均可达到100 cm。土柱高度超过20 cm后,其含水率基本保持稳定,稳定含水率分别为30.0%、28.0%;在重塑黄土毛细水上升过程中,存在一个暂态饱和区,其中干密度越小,孔隙比越大,大孔隙数量增多,毛细吸力减弱,导致水分迁移速率较慢,同时被湿桥封闭的大气泡数量也较多,因此暂态饱和区的持续时间较长。对于1.3 g/cm^(3)的土柱,其湿润锋时程曲线的模拟值与实测值基本吻合。综合考虑黄土地层稳定的天然平均干密度、毛细水上升高度及其持水特性以及生态滤沟回填土在后期将经历反复的渗透固结与毛细作用,采用1.2 g/cm^(3)作为回填控制干密度,以确保市政道路生态滤沟中的植土在旱季仍能维持植被生长所需的土壤湿度。

爆炸作用下超宽自锚式悬索桥动力响应研究

为研究超宽混凝土自锚式悬索桥在爆炸荷载作用下动力响应和毁伤特征,以某超宽混凝土自锚式悬索桥为工程背景,采用数值模拟文法,分析桥面近距爆炸作用下超宽箱梁顶面破口形态、底板竖向位移等动力响应。首先,利用Solidworks软件和Hypermesh软件建立整体桥梁的精细化有限元模型;其次,采用Ansys/LS-DYNA软件和*LOAD_BLAST_ENHANCED(LBE)方法施加爆炸荷载,并结合文献中混凝土构件爆炸试验结果验证计算方法的可靠性;最后,参数化分析不同炸药当量和沿横纵桥向不同爆炸位置工况下桥梁的动力响应。结果表明:当TNT当量为300 kg时,爆心正下方混凝土单元应力达极限值发生失效,形成椭圆形贯穿破口。随着TNT药量的增大,爆心正下方底板中心处的竖向位移峰值不断增大,1 000 kg药量工况下爆炸50 ms后竖向位移达135.9 mm。随着至爆心的距离增大,底板竖向位移减小,且竖向位移的增大速度减缓。吊杆内力变化与相连的箱梁底板竖向位移具有相关性,箱梁底板竖向位移越大,吊杆内力变化达到第一峰的峰值越高。相同爆炸当量工况下,爆心处于横、纵桥向不同位置时,超宽箱梁动力响应和破口形态的区别主要由横隔梁、腹板的支撑和约束作用不同引起。研究结果可为混凝土自锚式悬索桥的抗爆防护与加固提供重要依据。

水热耦合老化对橡胶改性沥青性能影响研究

为研究水热耦合老化对橡胶改性沥青性能的影响,该文模拟热老化及水热耦合老化试验,利用常规指标试验、动态剪切流变试验与凝胶色谱试验从宏观与微观层面研究不同老化环境对沥青高低温性能的影响,利用沥青与集料的低温黏结性试验研究不同老化环境对界面性能的影响。结果表明:相较于热老化,水热耦合老化对橡胶改性沥青的延度与软化点的影响更显著;随着老化时间延长,橡胶改性沥青的车辙因子、相位角与临界温度增加,温度敏感性降低,即橡胶高温性能提高,但在水热耦合老化环境下其变化幅度会更大;热老化和水热耦合老化均导致沥青集料界面性能下降,但后者影响程度更大;大分子含量C_(LMS)(%)与分散度D值均随老化时间延长而增大,但水热耦合老化提高了前期的增长水平;D值和C_(LMS)(%)与软化点和延度具有良好的相关性。

玉米秸秆油对老化沥青流变性能的影响及其再生效果研究

玉米秸秆油作为生物油的一种,具有低碳可再生的优势,同时还有能恢复老化沥青性能潜力。为进一步促进玉米秸秆油在道路工程中的应用,该文通过室内试验探究玉米秸秆油作为一种再生剂对老化沥青流变性能的影响,并对其再生效果进行分析。在此基础上,利用红外光谱试验与凝胶渗透色谱试验,揭示玉米秸秆油再生剂的再生机理。结果表明:玉米秸秆油的加入,改变了老化沥青的组分比例,并在一定程度上恢复了沥青胶体结构的稳定性,对老化沥青起到稀释及调和作用,从而恢复老化沥青的物理及流变性能,但恢复效果受玉米秸秆油掺量的影响;当玉米秸秆油掺量为20%时,其对老化沥青性能的再生效果最为显著。

集中力活载作用下悬索桥变形及内力的解析算法

悬索桥作为一种柔性结构,活载下的响应是长期以来被研究的重点内容。该文针对悬索桥提出了一种集中力活载作用下结构变形及内力的解析计算方法。以已知成桥状态参数和活载参数为基础,首先分析了主缆变形、主梁变形、主缆和主梁的关系、桥塔变形。随后建立了4类控制方程,分别为各段主缆的无应力长度守恒、各根吊杆的力与变形协调、各跨跨径及高差闭合和主梁的受力平衡,从而使得控制方程的总数与基本未知数的总数相等。最后将控制方程合并成一个目标函数,并进行规划求解。找到基本未知量的取值,使得全部控制方程同时成立,进而推导出所有其他参数,并表达出结构变形后的状态。以一座主跨1 080 m的悬索桥作为算例,验证了方法的可行性和有效性。活载作用下变形及内力的结果都具有良好的精度,与有限元的结果相一致。

涉水高墩现浇箱梁支撑体系的承载能力分析和方案优化

混凝土现浇梁支架虽然属于临时结构,但仍具有承载功能,而且随着桥梁工程的发展,高大支架的受力也越来越复杂,传统的结构力学手算方法已无法全面反映和权衡特殊体型、特殊部位和特殊工况的受力情况。为保证工程的顺利开展,需采用数值方法进行整体承载力计算和方案设计。该文采用Midas/Civil有限元软件,从强度、刚度、稳定性和经济性(用钢量)等方面综合评价满堂支撑、梁式支撑体系的安全性能和通用性。结果表明:(1)满堂支撑虽然施工简单,用钢量小,下部支撑杆系较多,受力均匀,变形小,最大挠度仅为2.82 mm,但是强度和稳定性不及梁式支撑,对场地要求还高。当应用于高大桥梁时,需整体进行屈曲分析,谨防结构失稳破坏;(2)梁式支撑虽然不会发生强度和失稳性破坏,对场地和地基基本没有要求。但是其用钢量高、施工难度也大,并且因跨中缺乏竖向支撑,变形有所增加。因此,在应用于“预拱度”要求较高的复杂桥梁工程中时,需进行找形分析;(3)在力学指标均达标的前提下,可以适当调整贝雷梁横向净距或下弦杆加强等措施,以获取经济性。以该文案例工程为例,贝雷梁净距由80 cm调整到100cm,可以节省约10%的用钢量。