骨料形态对透水混凝土骨架特性及使用性能的影响

透水混凝土是一种骨架空隙结构,由粗骨料形成骨架,骨料间靠水泥浆等材料黏结,因而骨料形态对透水混凝土骨架特性及使用性能有重要影响。选取不同形态的骨料颗粒,分析骨料形态对透水混凝土骨架特性、空隙率、渗透性能和力学性能的影响。研究结果表明:加入适量棱角丰富型细骨料可降低骨料间隙率、显著增加骨料骨架嵌锁能力;细骨料使透水混凝土的有效空隙率和渗水能力均降低,而针片状9.5~13.2 mm粗骨料能明显增加试件的空隙率与透水能力;适量棱角丰富型细骨料可显著提升透水混凝土抗压强度,而针片状细集料和粗集料导致抗压强度降低。

纳米硅+聚丙烯纤维复合改性透水混凝土性能研究

为提升透水混凝土的综合性能,将纳米硅与聚丙烯纤维添加于透水混凝土中,研究复合改性透水混凝土的性能。首先,探讨单掺纳米硅对水泥净浆及透水混凝土性能的影响,确定纳米硅掺量与最佳水胶比,以此为基础复掺不同比例的聚丙烯纤维,并确定合理的聚丙烯纤维掺量。试验结果表明:纳米硅的加入,提高了透水混凝土空隙率,同时增加了最佳水胶比。当纳米硅掺量为0.5%、水胶比为0.32时,透水混凝土抗压强度最高。在此基础上,复掺1.0 kg/m^(3)聚丙烯纤维可得到最大抗压强度,7 d与28 d抗压强度分别提高了29.9%、42.2%。复掺1.5 kg/m^(3)聚丙烯纤维对改善透水混凝土抗冻性能最为显著,经过300次冻融循环后,抗压强度和抗折强度残余率仍可达到65%和75%,远高于单掺纳米硅时的45%和55%。

粉砂质泥岩路基压实质量连续控制技术

粉砂质泥岩颗粒强度差异较大,压实质量难以控制。依据结构动力学方法分析压路机振动轮与路基填筑体抗力响应之间的关系,借助现场试验段采集压实过程振动轮振动加速度信号,并进行快速傅里叶变换获取基频振幅和一次谐波振幅,据此得到连续振动压实值(CMV)。对比分析不同振动压实次数下压实度、沉降量和弯沉值与CMV值的相关性。结果表明,随着压实次数的增加,CMV值逐渐增加,与FWD动态弯沉值、压实度及累计沉降量间有良好相关性,据此提出了粉砂质泥岩路基压实的CMV控制值,研究结果有助于粉砂质泥岩路基的连续压实质量控制。

微波加热条件下新旧沥青融合效果研究

沥青混合料的再生利用涉及新旧沥青的融合问题,对其进行定量评价有利于深入探索新旧沥青的融合程度和融合机制。新旧沥青的表面自由能和官能团有一定差别,可通过表面自由能和傅里叶红外光谱试验进行研究。文中采用微波加热条件,掺加纳米SiC、Fe_(2)O_(3)两种吸波剂,比较分析新旧沥青融合界面表面自由能和官能团的变化。结果表明,与单独掺入纳米SiC或Fe_(2)O_(3)相比,同时掺入两种吸波剂的新旧沥青表面自由能、羰基指数和亚砜基指数下降更明显,更接近新沥青的指标,新旧沥青的融合效果更好。

考虑空隙结构特征的透水混凝土力学性能仿真研究

透水混凝土中含有大量宏观空隙,为分析空隙结构对透水混凝土力学性能的影响,采用随机空隙方法建立了透水混凝土仿真模型,研究了空隙结构特征对受力性能的影响。首先在室内制作两种空隙率水平的透水混凝土试件,养护成型后进行切割,对切割面的断面图像进行增强和阈值分割,提取得到空隙分布二维数字图像,分析了空隙结构特征。进而以实际空隙结构为依据,借助有限元软件Ansys,结合蒙特卡罗方法生成随机椭圆和随机圆形空隙仿真模型。仿真结果表明:相同空隙水平下随机椭圆空隙模型相比随机圆形空隙模型整体受力变形大,内部应力集中更明显。通过对比不同空隙水平的仿真与试验结果,得到了随机空隙仿真模型中骨料‒水泥浆材料的综合模量建议值。

钢桥面聚氨酯改性环氧树脂黏结层的受力特性

为分析钢箱梁铺装层与钢桥面黏结层间的受力特性,采用有限元软件ANASYS建立钢箱梁整桥模型,采用聚氨酯改性环氧树脂作为钢桥面铺装结构的黏结层,模拟计算分析车辆荷载工况、钢桥跨径、铺装层厚度、黏结层厚度、温度变化、水平荷载等不同因素对黏结层界面受力的影响。结果表明:正常行驶条件下,黏结层界面横向剪应力显著大于纵向剪应力,车辆荷载作用于钢箱梁间且距横隔梁纵向距离越大时黏结层界面剪应力越不利,荷载作用于钢箱梁边缘且靠近横隔梁时界面法向拉应力最不利;钢桥跨径对黏结层受力影响较小;随黏结层厚度增大,黏结层界面剪应力减小,法向拉应力增大;随铺装层厚度增大,黏结层界面剪应力和界面法向拉应力减小;随温度升高,黏结层界面应力显著减小;随摩擦因数增大,黏结层界面剪应力增大,法向拉应力变化不大。

透水沥青混合料车辙试验离散元仿真

为分析车辙对透水沥青混合料内部空隙的影响,以透水沥青混合料PAC-13为研究对象,进行按级配上限及级配中值成型的沥青混合料试件的车辙试验,得到轮迹处的车辙及空隙率的变化规律;基于车辙试验数据,采用离散元软件PFC 2D,从细观角度建立透水沥青混合料离散元颗粒仿真模型,分析透水沥青混合料车辙产生过程中内部空隙及颗粒间接触力的变化规律,并考虑试件厚度对空隙率的影响。研究结果表明:车辆荷载作用处沥青混合料空隙率变化比其他部位大;在相同荷载作用下,级配中值沥青混合料的空隙率变化比级配上限沥青混合料小;级配上限沥青混合料的模型厚度增大,空隙率变化减小,颗粒间接触力向下传递的趋势降低,且车辙板底部所受颗粒间接触力较小;厚8 cm的车辙板在荷载位置的空隙率变化较大,且随距表面距离的增大,空隙率变化幅度减小。

钢桥面聚氨酯改性环氧树脂碎石黏结层材料设计

聚氨酯改性环氧树脂以较高的黏结强度及优良的变形性能成为钢桥面黏结层材料选择之一。根据钢桥面黏结层层铺法特点,制作了钢板+黏结层+SMA复合试件,以层间抗剪强度为评价指标,将黏结层各材料用量作为变化因素,采用正交试验方法进行五因素四水平试验设计和分析。结果表明:聚氨酯改性环氧树脂碎石与钢板间黏结强度高,复合试件破坏均发生在黏结层与上覆层SMA之间;热熔型改性环氧树脂用量对黏结层剪切强度影响最大,第一层碎石撒布量影响最小;热熔型改性环氧树脂、第二层碎石及聚氨酯改性环氧树脂用量3个因素变化时,层间剪切强度均先增大后减小,最佳用量分别为1.9 kg·m^(-2)、6.0 kg·m^(-2)和2.4 kg·m^(-2);第一层碎石撒布量建议为6.0 kg·m^(-2),聚氨酯改性环氧树脂用量应在小于2.1 kg·m^(-2)区间进一步试验确定。

装配式桥梁套筒连接形式下部结构抗震性能参数分析

利用ABAQUS对套筒连接的装配式桥梁下部结构进行整体建模,进行抗震模拟与分析。得到装配式桥梁套筒连接形式下部结构抗震性能参数,从滞回曲线、累积耗能、刚度和延性多指标对比分析结构的抗震性能。结果表明:轴压比和混凝土强度对桥梁下部构件抗震性能的影响大于箍筋配筋率的影响。随轴压比和混凝土强度的增加,试件的滞回环面积和累积耗能均得到增加,试件的抗震性能得到提高,而箍筋配筋率则会改善构件的延性。

聚氨酯改性环氧树脂抗水损害研究

聚氨酯改性环氧树脂具有良好的黏结性能及抗变形性能,已成为钢桥面铺装黏结层材料的选择之一。依托山东某沿海地区钢桥面实体工程,研究聚氨酯改性环氧树脂作为钢桥面黏结层的抗水损害性能,设计了水侵蚀作用的干湿循坏和冻融循环试验,采用宏观和微观相结合的试验方法研究其水作用后力学性能变化及微观损伤机理。结果表明:干湿/冻融循环过程中,聚氨酯改性环氧树脂外观颜色变黄,内部产生缺陷,引发应力集中,导致拉伸强度及断裂伸长率有所降低;随着干湿/冻融循环次数增加,树脂-钢板间剪切强度前期呈降低趋势,后期有小幅度升高,整体变化幅度不大;水作用下酯基产生一定水解作用,水接触角降低,亲水性增强,拉伸断裂面微观下可发现银纹或裂缝扩展破坏。

移动荷载下路面结构应力响应分析

实际中汽车总是以一定的速度行驶在路面上,首先将汽车荷载简化为移动的均布荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,利用三维动力有限元方法,分析了移动荷载下车辆正常行驶状态、慢速行驶及刹车情况时路面结构内部应力响应规律。分析结果表明,较低的速度将会使路面结构内部产生更大的应力,各应力分量与速度变化基本呈线性关系;刹车过程中在路表面产生的水平荷载对路表面层附近的水平剪应力影响相当大,在刹车较频繁区域,提高面层及其层间接触面的抗剪强度,可减少或防止推挤、拥包等病害的出现。分析结果可为路面结构设计和路面施工提供理论参考。

旧水泥路面沥青加铺改造中弯沉指标研究

使用有限元方法建立旧水泥混凝土路面模型,采用弹簧单元模拟水泥路面接缝处荷载传递性能,分析了接缝两侧水泥混凝土板的弯沉差和平均弯沉随弹簧单元弹性系数的变化规律.在此基础上,建立水泥路面沥青加铺层模型.计算发现,沥青加铺层底部在原水泥路面接缝处存在剪应力集中现象,进而分析了旧水泥路面接缝处沥青加铺层底部的剪应力随弯沉差的变化规律.根据莫尔-库仑强度理论,以沥青加铺层底部的剪应力不大于其容许剪切强度为判断标准,提出旧水泥混凝土路面的弯沉差指标.此指标在旧水泥路面沥青加铺改造时可作为评价接缝传荷能力的参考依据.

沥青路面温度场的预估方法

为了快速、准确地获取沥青路面温度场变化,开展了温度场预估方法研究.首先借助有限元方法建立了沥青路面温度场计算模型;然后分析了大气温度、日太阳辐射量等气象因素对沥青面层温度场的影响规律,得到了路面最高温度与大气温度、日太阳辐射量之间的关系式,在此基础上建立了路面内部任一深度处最高温度与路面最高温度相关关系的图表和公式;最后依据沥青路面温度场的日变化特点,以余弦函数方式建立了路面内不同深度处随时间变化的温度函数模型,结果显示:温度场预估值与计算值误差控制在0.5℃之内,完全满足工程使用的要求.因此,利用该模型可实现白天时段的沥青路面温度场预估,通过简单程序即可快速实现,且具有较高的精度.

刚性层深度及层间接触状态对FWD动载响应及反算结果的影响

基于弹性动力学平衡方程,进行Laplace、Hankel联合积分变换,利用传递矩阵的方法,可得任一深度处应力位移与表面应力位移关系。讨论了FWD动荷载形式下下卧刚性层埋深及层间接触状态对表面弯沉的影响。计算结果表明,下卧刚性层的埋深变化对动弯沉盆的形状影响不大,但对数值大小影响明显,下卧刚性层埋深较浅时,面层与土基模量反算结果明显偏大,基层反算结果却显著偏小。层间接触较差时,路面各结构层的反算模量都显著偏小。因此建议模量反算之前,首先对刚性层深度及层间接触状态进行分析,避免对反算模量结果造成很大影响。

移动荷载下路表弯沉响应分析

利用广义Duhamel积分,对移动荷载下弹性层状体系表面弯沉响应问题进行了求解.采用积分变换的方法,求得了广义Duhamel积分式中的弯沉脉冲响应函数,并编制了相应的数值积分逆变换程序.以3层沥青路面体系为算例,计算了单个移动荷载下路表面弯沉响应规律,对于多个荷载组合,通过线性叠加的方法得到单轴单轮移动荷载下路表面弯沉响应.距离荷载经过中心较近处,当荷载驶近时弯沉持续增大,荷载驶离时,弯沉呈波动形式向零点附近衰减,速度越快衰减速度越快,经历的波动循环越少.

国省道沥青路面使用性能模型

为实现国省道沥青路面的使用性能评价,采用路面状况指数模型P=P0{1-exp[-(α/y)β]},对该模型中α、β参数确定方法进行了研究.以山东省为例,对近10 a来国省道沥青路面结构、交通资料、养护历史等方面进行了全面调研,通过分析沥青层厚度和车道的日大型车辆作用数对沥青路面使用性能的影响,建立了α、β与沥青层厚度和车道的日大型车辆作用数间关系式.通过分析土基和基层结构的承载能力,对α提出了综合修正方法,所建立的α、β表达式简洁适用,可方便分析某沥青层厚度和交通水平下沥青路面的性能变化规律,为国省道的路面结构性能评价和建设养护投资决策提供指导.

路面动载响应模型研究

基于目前国内外路面设计方法多以静荷载为基础,这与实际路面经受的汽车荷载为动载这一事实不相符合。利用弹性动力学理论方法,借助大型有限元软件ABAQUS对动荷下柔性路面结构响应规律进行了计算分析。根据动荷载及路面结构本身特点,重点考虑了模型尺寸、层间接触状态及土基特性等因素对路面动载响应的影响。结果表明:对于较大的模型尺寸,采用无限单元方法是一种省时省力的解决办法;层间接触特别是面层与基层之间的接触状况对路面结构的变形与受力状态有很大的影响;而邓肯张模型与线弹性模型相比两者在响应恢复阶段有较明显差异。

沥青路面温度场分析及全时域受力特性

沥青混凝土是温度敏感型材料,对沥青面层进行力学分析时将温度变化考虑在内非常有必要。以有限元方法建立了沥青路面温度场计算模型,通过分析日最高温度、日最低温度、日太阳辐射量等对路面温度变化的影响,建立了沥青路面温度场预估方法。考虑常温和高温两种季节不同时刻的路面温度场,沿路面深度的温度变化选取沥青层材料参数,以多层弹性体系理论模型对沥青路面的受力状态进行了计算。结果表明沥青面层竖向压应变和竖向剪应变的最大值位于中上面层,而在全天气温最高的中午时段,最大竖向压应变和最大竖向剪应变都处于上面层。

基于价值工程的国省道沥青路面结构决策

为使所建道路技术可靠、经济合理，将价值工程理念引入到路面结构决策中。首先依据山东省近十年的国省道调研资料，建立不同交通水平和沥青层厚度下国省道沥青路面使用性能模型参数，以此为基础提出了道路使用功能的评价方法；然后对一定分析期内路面的初始投资、日常养护、中修费用进行了分析，以寿命周期费用方法计算一定分析期内的经济投入；最后以轻交通和中等交通为例，使用价值工程方法对6—10cm沥青层厚度的道路使用功能和费用进行了计算比较，结果表明轻交通时8cm厚沥青面层的价值最大，中等交通时10cm厚沥青面层价值最大。

沥青混合料永久变形模型研究

以沥青路面常用混合料AC-16,AC-25为研究对象,进行了动态模量试验,得到了不同温度、不同频率下的动态模量;然后,通过间歇加载方法进行了动态蠕变试验,得到了不同应力水平和温度下的蠕变规律;最后,依据动态模量和动态蠕变试验结果建立了沥青混合料蠕变模型。通过与实测结果对比表明,所建立的蠕变模型可以较好地预估沥青混合料车辙产生的迁移阶段和稳定阶段。