AC+CRC复合式隧道路面沥青混合料面层力学分析

以水平荷载及沥青面层厚度作为变量,基于弹性层状体系理论,采用壳牌设计软件BISAR 3.0和有限元软件ABAQUS,计算分析了常温下连续配筋水泥混凝土沥青面层复合式隧道路面沥青面层的正应力与剪应力分布情况、面层表面磨耗层与下卧层层间最大剪应力及相应的正应力分布情况。结果表明:由于下承层为刚性基层,沥青面层层底出现较大的压应力,而沥青层表面出现较大的拉应力。不考虑水平荷载时,沥青面层最大拉应力出现在沥青面层表面横行轮迹边缘,最大剪应力出现在距沥青表面4.5 cm处的轮底中央;考虑水平荷载时,沥青面层最大拉应力出现在沥青面层表面行车方向轮迹边缘,最大剪应力出现在沥青面层表面轮迹边缘。沥青表面层与下卧层之间最大剪应力随附着系数的增大而增大,随沥青表面层厚度的增大而减小,对应的正应力均为压应力。

基于响应面法的隧道复合式路面力学响应分析

为揭示移动荷载作用下公路隧道复合式路面结构力学响应,通过现场试验与有限元法相结合及模型精度验证的手段,基于响应面试验设计方法分析有仰拱和无仰拱的隧道复合式路面力学响应。结果表明,无论有仰拱,还是无仰拱,轴载对各项力学指标的影响最大,混凝土基层厚度对各项力学指标的影响较小,水平荷载对混凝土面板板底拉应力和沥青面层层间剪应力的影响较大、对沥青面层层底拉应变影响较小;无仰拱时围岩模量对各项力学指标的影响大于有仰拱;有仰拱时混凝土面层厚度对沥青面层层底拉应变的影响大于沥青面层厚度,混凝土面层厚度对沥青面层层间剪应力的影响大于基层厚度,无仰拱时影响相反;有仰拱隧道复合式路面结构轴载换算系数得到混凝土面层设计轴次是现行规范的1.8倍,无仰拱是1.3倍;有仰拱、无仰拱时混凝土面层疲劳寿命分别比设计轴载大17和8个数量级,沥青面层疲劳寿命均比设计轴载大1个数量级。研究结果可为隧道复合式路面结构设计研究提供参考。

考虑水平荷载的公路隧道复合式路面表面拉应力分析

针对目前隧道复合式沥青路面表面出现受拉破坏的现象,为了揭示沥青层表面破坏的力学机理,运用三维有限元方法建立隧道复合式路面结构与荷载模型,分析垂直荷载与水平荷载综合作用下沥青层表面的拉应力,得出了影响沥青层表面拉应力的影响因素。并据此提出延长隧道复合式路面使用寿命的措施。

闽南地区冬季隧道复合式路面结构温度分布规律研究

基于闽南地区隧道工程项目实例,运用有限元软件分析了冬季条件下隧道复合式路面结构的温度分布规律。研究结果表明:随着洞内纵向深度和路面结构深度的增加,各结构层温度日变化幅度逐渐减小,变化相位有滞后现象,洞口与洞内90 m处沥青面层表面温度日变化幅度相差6.51℃,结构深度36 cm处日温度最低时刻滞后2小时,洞口处沥青面层表面与结构深度36 cm处温度日变化幅度相差8.03℃,日最低温度滞后10小时;路面结构温度随隧道纵向深度变化分成洞口不稳定段和洞内稳定段,且随着结构深度的增加,洞内温度不稳定段长度逐渐减小,沥青面层表面与结构深度36 cm处不稳定段长度分别为30,20 m,长度减小10 m。

隧道复合式路面动力响应影响因素的权重分析

为揭示车辆荷载作用下公路隧道复合式路面结构力学响应,依托实体工程开展现场试验,采用有限元软件建立三维有限元模型并进行模型精度验证,分析车辆荷载、路面结构尺寸以及材料参数对有仰拱和无仰拱的隧道复合式路面动力响应的影响。结果表明:隧道复合式路面混凝土面层最不利荷载位置为纵缝边缘中部,轴载和混凝土面层厚度对混凝土面层板板底拉应力、沥青层层底拉应变以及层间剪应力的影响较大,水平荷载和混凝土面层模量对各项动力响应指标的影响较小;普通复合式路面沥青面层动力响应隧道路面相差较小,混凝土面层板底拉应力分别为有仰拱的5.99倍、无仰拱的1.74倍。研究结果可为隧道复合式路面结构设计方法研究提供参考。

山区隧道复合式路面结构温度场研究——基于ABAQUS有限元软件数值模拟

以某山区隧道路面工程项目为例,运用ABAQUS有限元软件对隧道的进口段路面进行数值模拟,分析其夏季最高温和冬季最低温下的隧道进口段复合式路面结构的纵向温度和温度梯度的变化。结果表明:①在夏季阶段,隧道洞口到洞内40 m路面纵向日均温度变化较大,温度先小幅度升高,然后急剧下降;洞内40 m后纵向温度趋于稳定且基本为一条直线;在冬季阶段,隧道洞口到洞内30 m处温度急剧上升,然后趋于稳定。②夏冬季日均温度梯度纵向变化在洞口到洞内40 m处变化较大,洞内40 m后温度梯度纵向变化趋于稳定。③复合式路面在夏季各结构层温度随结构深度的增加而降低,且温度梯度随着结构深度的增加而升高,但沥青面层温度梯度大于混凝土结构层;冬季则呈现相反趋势。④隧道路面结构及材料的设计应与一般路面有所不同;对已投入使用但未出现明显病害的隧道路面进口段可采取预防性养护。

夏季高温条件下隧道复合式路面结构温度状况分析

基于某山区隧道工程项目实例,运用ABAQUS有限元软件对隧道的进口段进行数值模拟,对夏季高温条件下隧道复合式路面结构沿隧道纵向深度方向的温度分布状况展开分析,为隧道内路面结构设计提供参考。结果表明:随着洞内纵向深度和路面结构深度的增加,温度日变化幅度逐渐减小,变化相位有滞后现象,沥青面层表面洞口与洞内80m处温度日变化幅度相差4.82℃,日最高温度滞后1h,洞口处沥青面层表面与结构深度36 cm处温度日变化幅度相差5.78℃,日最高温度滞后9h;路面结构温度随隧道纵向深度变化分成洞口不稳定段和洞内稳定段,且随着结构深度的增加,洞内温度不稳定段长度逐渐增加,沥青面层表面与结构深度36 cm处不稳定段长度分别为30m和35m,长度增加5m。

基于气象要素确定隧道进出口路面过渡段长度

基于漳州市玉和隧道进出口段的现场实测气象和路面结构温度数据,分析了冬夏季条件下隧道复合式路面进出口段温度分布规律与温度变化纵向过渡段长度。结果表明:(1)夏季高温月平均气温变化幅度为8.7℃左右,冬季低温月平均气温变化幅度为14.1℃左右,夏季高温与冬季低温月日辐射峰值范围分别为367~1 528 W/m~2、183~966 W/m~2;(2)洞外气温变化时,洞内路面结构层温度变化存在滞后效应,随着结构层深度的增加,各结构层温度变化速率逐渐减小,冬季降温时沥青层表面温度最低时洞内较洞外气温最低时约滞后2 d,夏季升温时沥青层表面温度滞后约1 d;(3)以沥青面层表面纵向月最大温差与日平均温度作为温度纵向长度变化过渡段确定标准,长度分别为洞口至洞内约30 m与40 m处。