Analysis profile of the fully grouted rock bolt in jointed rock using analytical and numerical methods

The purpose of this study was to investigate the effect of bolt profile on load transfer mechanism of fully grouted bolts in jointed rocks using analytical and numerical methods. Based on the analytical method with development of methods, a new model is presented. To validate the analytical model, five different profiles modeled by ANSYS software. The profile of rock bolts T3 and T4with load transfer capacity,respectively 180 and 195 kN in the jointed rocks was selected as the optimum profiles. Finally, the selected profiles were examined in Tabas Coal Mine. FLAC analysis indicates that patterns 6+7 with2 NO flexi bolt 4 m better than other patterns within the faulted zone.

道基不均匀分布下通用机型轮载对机场道面力学性能影响研究

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用时基顶反应模量变化和道面板厚度对道面板力学性能以及接缝传荷系数的影响,同时基于缩尺试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:对于A320机型,当道基水平不均匀分布时混凝土板弯拉应力增大,基顶反应模量变化率由0%增加至65.46%时,轮载作用于传力杆接缝板边时道面板弯拉应力由4.06 MPa增加至5.73 MPa,超过极限弯拉应力;增加板厚能够有效地提升刚性道面板受力安全时基顶反应模量变化率的取值范围;道面板接缝传荷系数随着基顶反应模量变化率的增加而增大,基顶反应模量变化率从6.84%增加至56.30%时,道面板传荷系数增加2.44%;室内缩尺试验验证了道基不均匀分布对传荷系数的影响规律。在道面板设计时,应充分考虑道基水平方向不均匀分布对道面板力学性能的影响,避免在服役期间过早出现结构破坏。

基于损伤等效的刚性道面结构强度评价方法

实时获取机场刚性道面结构强度是保障机场正常运行的重要工作。当前,广泛采用PCN(飞机分类号,PavementClassificationNumber)作为评价指标,但PCN缺乏统一的计算方法,而不同计算方法所得到的PCN值偏差较大。为解决刚性道面PCN计算方法存在的问题,借助ABAQUS有限元软件,建立了考虑接缝传荷作用的机场水泥道面九块板力学分析模型,依托我国某4E机场数据,得到该机场不同主起落架构型的飞机荷载作用下的道面板三维损伤分布,基于损伤等效的原则来计算该机场道面PCN值,并与不同方法的PCN计算值对比。结果表明:传统当量单轮荷载法的PCN值最大,基于损伤等效的方法次之,COMFAA方法最小。这分析验证了基于损伤等效的PCN计算方法的合理性,有助于提高机场道面结构强度评价的准确性。

机场刚性道面接缝传荷能力的评价

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面3维有限元分析模型.以重型落锤式弯沉仪(HWD)弯沉测试为基础,针对不同地基强度上的典型道面结构,考虑基层对接缝传荷能力的影响,应用有限元模型,分析了HWD承载板、单轴双轮起落架、双轴双轮起落架和三轴双轮起落架等荷载形式作用在接缝一侧板边中部时道面结构的板边应力和挠度,建立了HWD承载板测试得到的挠度传荷系数与接缝刚度之间的相关关系,以及与不同荷载形式作用的应力折减系数之间的相关关系,成果可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力,以及道面板边应力分析.

机场水泥混凝土道面接缝传荷能力分析

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立并验证了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面三维有限元模型。利用该模型,分析了单轮荷载作用下荷载大小和道面结构参数对混凝土板在接缝附近的力学响应和接缝传荷能力的影响,以及不同构型起落架的多轮荷载作用对道面力学响应和接缝传荷能力的影响。结果表明:接缝传荷能力与荷载大小无关,只与道面结构自身有关;增大混凝土板厚度,板边应力和接缝传荷能力均有明显减小;增大基层厚度、基层与面层的层间黏结性能和土基强度,板边应力和接缝传荷能力仅略有减小;增大接缝刚度,可以提高接缝的传荷能力,并改善接缝附近混凝土板的受力状况。在多轮荷载作用下,轮距越小,板边应力和接缝传荷能力越大;除了三轴三轮起落架的应力折减系数略小于0.25外,其他构型起落架都大于0.25,而以荷载表征的接缝传荷系数随着起落架轴数的增多而减小。

螺接搭接件的载荷传递特性试验及三维有限元分析

在考虑螺栓与孔壁间的非线性接触、摩擦、干涉配合和螺栓预紧力等因素影响的基础上,利用非线性有限元软件MSC.Marc构建了螺接搭接件的三维有限元分析模型。数值模拟结果与试验结果的对比表明:所建三维模型能有效地模拟搭接件的载荷传递特性。基于三维有限元模型,讨论了无裂纹搭接件的螺栓孔形式、干涉配合和螺栓预紧力对载荷传递比的影响规律,同时对含裂纹搭接件的载荷传递比随裂纹扩展的变化规律进行了分析,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。

水泥混凝土路面接缝传荷能力的分析

本文采用Winkler地基假设和剪切弹簧单元模型作为接缝传荷介质,应用有限单元方法分析了纵横缝的传荷能力以及混凝土板平面尺寸、车辆荷载形式和路面结构刚度对它的影响;建立了挠度比值与应力折减系数之间的关系。利用这个关系,可以对接缝的传荷能力进行评价,并应用于具有接缝的水泥混凝土路面的设计。

机场水泥道面日周期温度效应

为研究日温变化对机场水泥道面的影响,系统监测分析了日周期内西南某机场水泥道面板内温度、应变及弯沉的变化规律。结果表明:板内温度、平均温度及温度梯度均呈日周期变化,正、负温度梯度最大值分别出现在14:00—16:00、07:00—08:00;应变与温度不同步变化导致其随温度滞回变化,以温度梯度‒曲率分析道面温度效应可减少滞回特征影响;板角翘曲大于板边,接缝类型差异对板边翘曲影响更大;道面边、角弯沉随日温变化波动明显,接缝传荷系数波动主要受温度梯度变化影响,道面性能评价应考虑温度影响;接缝两侧弯沉之和与温度相关性高,且可能与接缝传荷能力无关,在考虑温度影响进行脱空判定时具有一定优势,建议进一步研究其特征。

水泥混凝土路面板底脱空评判方法研究——以梅观高速为例

为准确有效地评定水泥混凝土路面的脱空状况,通过对现场贝克曼梁(BB)、落锤弯沉仪(FWD)、路面雷达(GPR)和钻芯取样检测结果的分析和计算,并充分参考梅观高速路面的实际情况,提出了以板角弯沉、横缝中点弯沉和接缝传荷系数3个指标作为水泥混凝土路面脱空的判断标准。研究表明:据此评判标准与方法判定的脱空状况与钻芯取样结果基本一致,对板底脱空情况判断的准确率高达86.7%,对脱空等级判断的准确率达到80%,说明该评定方法具有较高的准确度与可靠性,能够满足水泥混凝土路面板底脱空判别与评价的需要。

荷载级位对接缝传荷能力影响规律的试验研究

接缝传荷能力的测试是机场刚性道面评价的重要内容。采用重型落锤式弯沉仪,研究了冲击荷载级位对于机场刚性道面道接缝传荷系数测试结果的影响规律。结果表明:采用的冲击荷载越小,测试结果出现异常的几率越大;随着冲击荷载的增大,传荷系数测试结果的随机性逐渐减小。结合目前国内机场刚性道面结构检测的技术状况并根据本次研究结果,当荷载级位取140 kN时,传荷系数测试误差最大可达20%左右。

斜拉桥桥塔钢-混结合段的力学行为和传力机理研究

为研究斜拉桥桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计某组合斜拉桥的桥塔钢-混结合段的1∶3缩尺试验模型,对其进行正常使用极限状态与承载能力极限状态的加载试验;测试试验模型的控制断面和主要构件的应力、变形情况;结合非线性有限元分析,研究钢-混结合段的传力机理。试验得到如下结论:钢-混结合段构件的应力分布均匀顺畅,应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;采用非线性弹簧单元能近似模拟钢-混结合段中PBL剪力键的受力行为,数值分析结果具有良好的工程精度;PBL剪力键分担60%以上的荷载,在钢-混结合段设计中,可以将其作为主要传力构件。

脱空对机场道面板接缝传荷能力影响分析

采用有限元分析方法和多组模型试验,对考虑板中脱空和板角脱空两种情况的机场刚性道面板接缝处的应力及传荷能力进行分析。结果表明,道面板接缝处的传荷效率、道面板板底最大弯拉应力随着板底脱空面积的增大而增大。对于相同的脱空面积,接缝传荷效率和板底最大弯拉应力随着地基反应模量的增大而减小;而且板中脱空状态下的传荷效率略高于板角脱空状态下的传荷效率,板中脱空对脱空面积的反应比较敏感,这说明板中脱空对道面板产生的危害比板角脱空对道面板产生的危害要严重。

钢桁梁桥高强螺栓连接的节点板局部受力性能分析

针对重载运输过程中出现的既有线钢桁梁桥高强螺栓节点螺栓断裂问题,以长东黄河桥为工程背景,采用ANSYS软件建立了带螺栓的实际节点板局部有限元模型,对其在轴力作用下的传力性能进行了研究,并分析了螺栓缺失所造成的影响。结果表明:长列高强螺栓接头在轴力作用下各排传力比呈马鞍型分布;在螺栓连接的计算中应考虑一排内螺栓传力的不均匀性;螺栓缺失后只对局部范围内的螺栓传力比有影响,影响最大的是其相邻的两排螺栓,但若传力比较大的螺栓排缺失数量达到一定程度后,极易使剩余螺栓所受剪力超过其抗剪承载力而出现剪切破坏。

基于弯沉的刚性道面板底脱空判定方法综述

为促进刚性道面板底脱空判定相关研究的发展,基于广泛文献调研和分析,系统梳理了国内外有关研究的发展现状、存在问题及研究方向。首先,介绍了弯沉法的起源及常用检测设备;其次,对基于弯沉的板底脱空判定方法进行了综述,详细分析和阐述了现有研究中发现的问题,并进一步指出各方法在实际应用中的局限性;最后,总结归纳了刚性道面板底脱空判定研究中存在的关键问题及研究方向,提出接缝传荷能力和脱空对弯沉影响的区别可作为今后研究的重点。

温度膨胀系数对刚性路面设计的影响分析

为了研究热膨胀系数对水泥混凝土路面结构设计的影响,根据我国规范分析了热膨胀系数对面层板温度应力的影响,同时采用美国力学经验设计法分析了热膨胀系数对水泥混凝土路面横缝错台量的影响.结果表明:热膨胀系数对接缝传荷能力以及板角翘曲变形的影响会直接改变水泥混凝土路面设计厚度.因此,在水泥混凝土路面设计中引入热膨胀系数参数意义重大.

机场刚性道面接缝弯沉测试的非零截距问题

采用HWD对1126个机场刚性道面板接缝进行弯沉测试,研究了机场刚性道面板接缝两侧弯沉随荷载级位变化的规律,结果表明:道面板两侧弯沉-荷载之间存在良好的线性关系;但接缝两侧弯沉-荷载回归直线在弯沉轴均存在非零截距,对于受荷板一侧此值在-136.82～+75.23μm范围内,未受荷板一侧此值在-52.95～+97.98μm范围内,此非零截距对于弯沉比传递系数的影响最大可达130%。分析指出弯沉-荷载曲线的非零截距为HWD车架及轮胎回弹和道面板回弹综合作用的结果,在弯沉比传递系数计算中应予以修正,提出了修正的弯沉比传递系数计算公式及根据接缝两侧弯沉-荷载回归直线斜率之比定义弯沉比传递系数的方法,可以彻底消除荷载级位对于道面传荷能力测试结果的影响。

基于挠度传荷系数的机场道面接缝刚度模型

基于ABAQUS有限元软件,以"贡献面积"为刚度分配原则,研究机场混凝土道面板接缝的挠度传荷系数及其与接缝刚度的关系。结果表明:挠度传荷系数受地基反应模量、荷载作用、板厚等的影响不明显,而与接缝刚度对数存在稳定的显著关系。进一步结合混凝土道面板模型试验,实测了板接缝处传力杆的弯曲应力、剪切应力以及受荷板和传荷板的挠度变形,并确定道面板模型的接缝刚度与传荷系数。通过与理论结果比较,最终建立了基于挠度传荷系数的道面接缝刚度反演模型,为机场刚性道面接缝设计提供参考依据。

Winkler地基上机场刚性道面接缝传荷能力评价模型

基于Winkler地基模型,应用ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面三维有限元分析模型。应用该模型,针对不同地基强度上的典型道面结构,分析了重型落锤式弯沉仪(HWD)承载板、单轴双轮和双轴双轮三种荷载形式作用在接缝一侧板边中部时,道面结构的板边应力和挠度;建立了承载板测得的挠度传荷系数与接缝刚度之间的关系模型,以及与不同形式荷载作用的应力折减系数之间的关系模型,可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力。

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.

水泥混凝土路面接缝传荷能力模型试验研究

为研究正常使用状态下水泥混凝土路面接缝传力杆的传荷性能影响因素及其衰减规律,进行了3组10块带接缝水泥混凝土路面板的室内疲劳试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度和混凝土板厚度,考虑了3种不同因素对传荷能力的影响,后续建立的ANSYS有限元模型也对试验结果进行了验证。通过分析不同工况下路面板接缝两侧的弯沉值及传荷系数表明:水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,能够提高接缝的传荷效率,但十分有限。