考虑温度与荷载耦合作用的连续配筋混凝土复合式路面损伤分析

连续配筋混凝土路面的裂缝形态和分布模式是影响路面路用性能和寿命周期的重要因素。本文采用通用有限元软件建立了CRCP+AC的复合式路面模型,并用混凝土损伤塑性模型表征CRCP面板的力学特性。通过对路面结构温度场的分析,得到沥青面层与CRCP面板厚度比的临界值为0.15,达到或超过这一临界厚度比值,沥青面层改善CRCP面板温度状况的作用才会发挥明显。在此基础上进一步分析了复合式路面在温度与荷载耦合作用下,CRCP面板结构损伤的演化规律以及裂缝张开闭合的行为特征。研究结果可以为CRCP+AC复合式路面的设计以及施工过程中的裂缝控制提供理论依据与借鉴。

利用混凝土损伤塑性模型评价CRCP+AC复合式路面的损伤演变

在连续配筋混凝土复合式路面(CRCP+AC)的研究中,CRCP面板的裂缝形态和分布模式是影响今后路面使用性能和生命周期的重要因素。研究采用ABAQUS有限元程序中的混凝土损伤塑性模型(CDP)表征CRCP面板的力学特性,结合三维瞬态热传导分析的温度场数据,分析了变温条件下的结构损伤情况;并进一步分析复合式路面在温度变化和交通荷载耦合作用下,CRCP面板损伤的演化规律以及裂缝张开闭合的行为特征。研究认为沥青面层的作用不仅仅局限在功能性方面,它可以明显改善CRCP面板的受力状况;复合式路面设计中应根据CRCP面板的温缩性能和损伤性能综合考虑沥青面层的合理厚度。

钢桥面铺装粘弹性力学分析

由动态力学试验数据通过粘弹性力学关系式转换,得到用Prony级数进行数值表征的广义Maxwell模型参数。在此基础上,以九江长江公路大桥为例,通过有限元建模,模拟分析荷载-温度耦合作用下钢桥面铺装面层表面的应变状态,计算得到典型温度下4种铺装结构表面最大横向弯拉应变及其分布特征。结果表明,某温度下的一个加载过程中,任一荷位出现最大表面横向弯拉应变的位置在横断面上的分布是不同的,而双层环氧沥青混凝土铺装结构增加Eliminator防水粘结层可有效降低铺装表面最大横向拉应变。

不同沥青路面结构改造方案比选

随着我国公路建设的快速发展,沥青路面作为一种主要的路面结构形式被广泛接受与应用。但随着交通运输量的与日俱增,沥青路面结构易被损坏的特点成为困扰我国公路建设的一大难题。本文以东南沿海某城市沥青路面改造工程设计方案为背景,运用Abaqus仿真软件,模拟了温度和移动荷载耦合作用下5种不同路面结构的力学指标与承载性能。通过比较分析,对不同路面改造方案进行比选,研究结果表明:(1)各结构面层温度应力与全天气温变化密切相关,不同结构面层的温度应力随时间变化情况大致相同。温度对路面结构影响主要集中于基层。(2)对于沥青路面结构,在温度和移动荷载耦合作用下,路面承载性能与结构基层厚度,基层刚度呈现正相关。在实际设计施工中,宜适当增大路面结构基层厚度与刚度,以提高路面结构承载性能与使用功能。(3)综合几种路面结构在温度与移动荷载耦合作用下的承载性能表现,传统半刚性路面结构(结构1与结构5)承载性能最差,组合式基层路面(结构3和结构4)次之,碾压混凝土路面结构(结构2)表现最优。故在实际路面改造提升设计中,建议选取结构2碾压混凝土路面结构作为路面提升改造方案。

基于黏弹性力学分析和线性累积疲劳损伤理论的钢桥面铺装疲劳寿命预估

对常用于钢桥面铺装表层的SMA沥青混凝土和环氧沥青混凝土进行-10℃、0℃和15℃四点弯曲疲劳试验,得出疲劳曲线和疲劳方程;使用动态剪切流变仪(DSR)、Q800动态热机械分析仪(TMA)和UTM-25伺服液压系统对SMA沥青混凝土、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、Eliminator防水黏结层、环氧沥青和改性乳化沥青等常用钢桥面铺装材料进行动态力学试验,获取黏弹性力学参数,并进行有限元数值模拟,得出荷载温度耦合作用下铺装表面最大横向弯拉应变。计算江西九江长江公路大桥不同温度区域下的交通量,根据线性累积疲劳损伤理论预估钢桥面铺装的使用寿命。结果表明:环氧沥青混凝土铺装结构疲劳寿命预测结果优于浇注式沥青混凝土铺装结构,后者更适合于北方寒冷地区的气候条件,双层环氧沥青混凝土增加Eliminator防水黏结层后能显著提高其使用寿命。