低温环境下粉煤灰漂珠改性沥青混合料施工期热量散失规律及有效碾压时间研究

漂珠作为一种高热阻材料,运用于多年冻土区沥青路面最初目的是减少运营期路面吸热,减缓冻土融沉。但其对施工期沥青路面温度散失规律及有效碾压时间的影响,则鲜有研究涉及。漂珠的加入改变了混合料自身的热物理性质,进而对沥青路面压实以及进入冻土路基的热量造成影响。本文首先通过室内试验,测试沥青胶浆热物理参数随漂珠掺量的变化规律。由于沥青混合料碾压过程中材料本身逐渐从松散状态转化为密实状态,该过程中材料孔隙率不断降低强度随之提高,因此施工期间沥青混合料热物理参数也处于动态变化之中。试验过程中,将添加漂珠后的沥青混合料视为一种复合材料,其主要由粗集料、沥青胶浆、空气三部分,通过室内试验测定漂珠沥青混合料中三种成分的热物理参数,并基于Williamson公式计算摊铺碾压过程中漂珠改性沥青混合料在密实和松铺两种状态下的热物理参数。之后建立摊铺碾压过程沥青路面温度场计算有限元模型,获取不同漂珠掺量和摊铺厚度下路面温度场变化规律,明确添加漂珠对施工期进入路基热流影响。最后基于数值计算结果,对施工期沥青路面温度影响因素进行多元回归分析,获得了施工期间沥青混合料温度预估方程。研究结果表明:添加15%沥青体积漂珠后混合料导热系数降低78%,比热容变化不大(小于1%)。外界气温为0℃、10℃、20℃、30℃工况下,添加15%漂珠可使密实状态下混合料有效碾压时间提升21.1%、20.2%、17.5%、16.8%;松散状态提升21.6%、21.2%、20.3%、18.7%。相同工况下,松铺状态有效碾压时间为密实状态下的1.7~2.1倍,因此,在低温工况下,初步碾压作业一旦开始,后续复压及终压应快速、连续开展,确保有效时间内使混合料达到规定压实度。此外,添加5%、10%、15%漂珠还可使密实状态下进入基层热量分别降低1.9%、3.1%、6.4%;松散状态下降低3.5%、7.3%、12.8%,说明添加漂珠对降低施工期热量对路基的扰动也有积极作用。

中小跨径混凝土3D打印箱型拱桥数字化设计建造

本文对西安市考古公园混凝土3D打印景观拱桥的结构组成及建造方式进行介绍,详细阐述拱桥核心设计元素。拱桥设计基于混凝土3D打印路径规划重构、简化古代青铜器饰纹“雷云纹”,并将其作为拱桥的外观的主元素。结合混凝土3D打印系统的打印能力及拱桥结构特点对拱桥进行优化分块,根据结构设计需求配制打印材料,完成拱桥上部结构设计建造。基于ANSYS软件对该拱桥进行数值模拟,分析其结构强度及动力特性,计算结果表明拱桥各项性能参数符合设计要求。最后结合拱桥打印构件组装和整体安装的特点,对混凝土3D打印箱型拱桥的施工工艺进行阐述。

考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别效果研究

通过实测频响函数识别阻尼比时,识别准确性受到频谱混叠现象的影响,因此建立了考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别有效性判断方法.首先,根据傅里叶变换原理进行理论推导,证明了采样频率不足时频响函数会发生混叠现象;然后,根据频响函数混叠原理和模态叠加原理,建立了多自由度结构的基准频响混叠误差拟合公式,进而给出考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别结果有效性判断的步骤.通过对两自由度理论频响函数模型设置不同的等效柔度比和固有频率比,表明其对两阶模态计算频响混叠误差有显著影响;通过对比四层框架结构基准模型的响应在设置不同采样频率时对阻尼比的识别结果,验证了所提方法的可行性.

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明:1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。

不同温度速率下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道热力学性能研究

针对我国CRTSⅡ型板式无砟轨道的复杂温度荷载效应,重点研究不同温度速率变化对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构热力学性能的影响。通过大型环境模拟试验箱,开展简支箱梁上5块CRTSⅡ型板式无砟轨道的1∶4几何缩尺模型的温度试验,对比分析3种环境温度变化速率下无砟轨道内的温度和应力分布特征;建立两端自由和两端约束条件下缩尺模型的热传导数值模型,验证了该数值模型的有效性,分析了两种约束条件下无砟轨道-箱梁结构的三维温度场、应力场和位移的变化规律。结果表明,随着温度变化速率下降,无砟轨道-箱梁结构的竖向位移和温度变化幅值在增大,但竖向多层的温度和位移数值在下降;结构的应力、轨道板轴力也不断增大,特别是温度变化速率从0.67℃/min下降到0.44℃/min时。此外,两端自由的纵向应力和竖向位移均比两端约束的小,但其温度要大于两端约束的,约束边界条件会加速轨道内热传递过程。

透水型建筑固废再生水稳材料抗压性能及疲劳性能试验研究

老旧建筑拆除固体废弃物再生骨料可作为生态化建材用于透水型再生水稳基层,但其力学性能和耐久性仍亟待深入研究。该文采用建筑固废再生骨料替代天然碎石,将再生骨料、高炉矿渣、粉煤灰和硅灰等组分掺量作为设计变量,基于正交试验理论共设计了9种不同胶凝材料配比类型的透水型再生水稳材料,测试并分析了其室内无侧限抗压强度、渗透系数、弯拉应力以及疲劳寿命等力学性能的变化规律,并构建了相应的预测模型。研究结果表明:透水型再生水稳材料7天无侧限抗压强度满足我国高等级公路使用要求,渗透系数也满足我国透水道路使用要求;其疲劳寿命值离散性较大,可用威布尔双参数分布模型较为准确地拟合,基于此分布模型建立了其疲劳寿命预估方程,可较好地预测试样不同存活概率下的疲劳寿命。

面向长寿命的既有高速公路沥青路面延寿设计综述

面向中国长寿命公路建设工程的需求,介绍了中国、美国和欧洲各国长寿命沥青路面的基本概念和发展历程,总结了中国和欧美国家长寿命沥青路面设计理论与方法的研究和发展现状,梳理了欧美国家既有沥青路面检测与评价、延寿处治设计方法,论述了中国典型既有沥青路面延寿设计方法的研究与发展现状,对比分析了不同新建道路长寿命设计方法和既有沥青路面延寿设计方法的优缺点和适用性。研究结果表明:目前尚未形成统一的长寿命沥青路面设计标准,研究与应用仍处于发展完善阶段,长寿命沥青路面依旧是未来路面领域的研究热点;耦合交通与环境因素,建立多指标控制的长寿命沥青路面设计体系是今后应重点研究的方向;长寿命沥青路面结构设计在今后将向非线性、多维度、概率型和动态化转变;基于结构层寿命逐层递增的长寿命沥青路面延寿设计方法可使沥青路面结构使用年限翻一番,相关工作可为既有沥青路面延寿设计方法和体系的构建及应用提供有价值的参考和见解,以满足中国长寿命公路建设工程发展需求;既有沥青路面延寿设计是道路工程可持续发展的重要课题,未来应加强长寿命沥青路面技术的研究和推广,提高路面的综合质量,满足不断增长的道路运输需求,为建设优质、高效、绿色、安全的交通基础设施做出更大贡献。

内陆河湖相软土土性指标统计特征与竖向变化规律研究

【目的】内陆河湖相软土易与沿海地区软土混淆,其工程特性及鉴别标准对该类软土地基处理与沉降稳定控制有着重要的指导价值。针对现有内陆河湖相软土鉴别指标及范围不明确、土性指标竖向变化规律研究不足的问题,【方法】以结合大量工程实践收集到的全国不同区域近3000组内陆河湖相软土的土工试验数据为基础,对其土性指标统计特征、鉴别指标及竖向变化规律开展了系列研究。【结果】结果显示:内陆河湖相软土的天然含水率、孔隙比、压缩系数均小于海相软土对应值,而其密度、快剪黏聚力均较海相软土对应值偏大,但总体上仍具有一般软土天然含水率高、密度小、孔隙比大、抗剪强度低的基本特性;天然含水率、孔隙比、塑性指数、压缩模量、压缩系数作为内陆河湖相软土的5项鉴别指标,均服从对数正态分布,并给出了相应的鉴别标准(w≥28.1、e≥0.81、Ip≥11.5、Es≤6.5、α0.1-0.2≥0.23);从土性指标竖向变化规律来看,内陆河湖相软土的天然含水率、孔隙比、压缩系数、塑性指数、塑限、液限总体上随深度呈现先增大后减小的变化趋势,而天然密度、快剪黏聚力、内摩擦角、压缩模量随深度变化的规律为先减小后增大,塑性指数的平均值和标准差随深度呈线性减小的趋势,快剪黏聚力的平均值和标准差随深度呈线性增加的趋势。【结论】结果表明:内陆河湖相软土的土性指标统计特征与沿海地区软土存在一定差异,其力学性质比海相软土稍微偏好,并沿着深度方向具有成层不均匀的特点,研究成果可为该类软土地基处理与沉降控制提供参考。

基于时域与频域加权的探地雷达多频数据融合方法

探地雷达作为一种快速、高效且无损的近地地球物理方法,被广泛应用于路桥隧结构健康检测领域。通常情况下,探地雷达成像分辨率随天线的中心频率增大而提高。但由于在介质的衰减性,高频天线的探测深度往往较低;而低频天线具有较深的探测深度和较低的分辨率。因此,单一频率的天线采集的雷达数据难以同时获得高分辨率和深探测性能。针对这一问题,本文研究了不同探地雷达多频数据融合的方法,包括加权时域及频域融合方法、基于时域与频域融合加权的方法。通过采用gprMax建模并生成的模拟高低频数据,采用信息熵和平均梯度定量评价融合效果,融合后单一雷达图像的信息熵和平均梯度相比原数据显著提高,验证了本文的雷达数据融合方法的有效性,使得单一雷达图像能够实现深探测和高分辨率。

既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法及应用

如何合理有效地开展桥梁抗撞性能评估,特别是准确评价防撞设施的防护效果,是已建桥梁进行船撞桥隐患整治的难题之一。为准确评估已建桥梁加装防撞设施后的抗撞性能,基于现有规范及相关研究成果,结合大量工程项目经验,从抗撞性能评估总体环节、抗撞性能标准确定、设防代表船型确定、船舶撞击力计算、防撞设施防护效果分析、桥墩船撞效应计算及抗撞性能验算等方面,建立了既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法的标准化框架流程。以某长江公路大桥3~#主墩为例,运用上述方法进行桥梁抗撞性能评估。结果表明:典型计算工况下,防撞设施较好地发挥了耗能缓冲防护效果,延长了撞击时间,削减了船舶撞击力,对船舶正撞及侧撞峰值力削减率分别为47.2%和51.6%;不考虑防撞设施防护效果时,3~#主墩抗撞性能不满足要求,主要表现为墩身及桩基横桥向抗剪性能不足;考虑防撞设施防护效果后,墩身及桩基横桥向抗剪性能不足得到改善,桥墩抗撞性能可满足要求。既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法的标准化框架流程系统全面,可用于已建桥梁防撞设施评价及抗撞性能评估。

锈蚀钢丝及拉索模型静力拉伸和声发射监测试验研究

为更加精确地感知拉索锈蚀病害,评估服役拉索的健康状况,对锈蚀拉索的力学性能退化与拉伸受力声发射特征之间的相关性进行研究.采用中性盐雾腐蚀模拟制作了4种不同锈蚀等级的高强钢丝和拉索,开展了锈蚀高强钢丝及拉索模型的静力拉伸加载试验,提出了考虑锈蚀和制索工艺影响的拉索承载力计算方法并与实测值进行对比验证,同时采用声发射技术监测了整个拉伸断裂过程.结果表明,计算承载力与实测承载力两者吻合良好,最大相对误差仅为5.8%.随着锈蚀率的增大,拉索模型的延性较承载力下降更为显著.断丝产生的声发射能量最大,断丝峰值频率维持在75 kHz左右,且受锈蚀钢丝延性下降的影响,断丝信号的振铃计数和持续时间均会随着锈蚀率的增大而变大.

沥青路面结构三维应力状态及失效准则分析

传统的沥青路面结构设计方法主要采用最大拉应力/拉应变理论,不能反映路面结构的三维应力状态及其强度特性。同时,传统方法也没有考虑路面材料的拉、压模量不对称效应。为了解决理论计算能够更好反映路面结构真实力学响应的问题,提出了路面结构-材料协调力学模型。该模型可以适应拉、压模量不同的各种路面材料,能够反映材料强度的不对称效应。力学模型采用了应力状态自适应的迭代计算方法,可同时解算结构任意点位的三向应力状态和主应力状态。采用典型的半刚性基层沥青路面结构方案,计算分析了Lord应力参数和双剪应力参数表征的路面结构三维应力状态。在评估强度理论对路面结构破坏的判别效果时,考虑了最大拉应力理论、最大拉应变理论、莫尔强度理论、畸变能理论和统一强度理论。对比分析了这些强度理论导出的等效应力在路面结构内的分布特征,并解析了这些失效准则与常见路面病害现象的匹配性。研究结果表明:统一强度理论可作为控制沥青面层开裂的失效准则,并可同时作为控制半刚性基层发生拉剪组合破坏的失效准则,畸变能理论可作为控制沥青面层发生车辙病害的失效准则。该研究工作可以为长寿命沥青路面结构设计提供理论依据,并为其结构设计方法的发展提供理论参考。

吸附结合水对高液限土变形影响规律

为揭示南方湿热气候条件下吸附结合水对高液限土变形的影响规律,选取海南、湖南5种高液限土样,并以2组低液限土为对比样,开展了吸附结合水测试及相同初始孔隙比和相同初始有效孔隙比(将吸附结合水视为固相)下的饱和固结、渗透试验,研究了吸附结合水在下路堤工况条件下的类固相性质及其对高液限土变形的影响规律,建立了孔隙比、有效孔隙比与压缩指数的关系;进行了温控固结、动三轴和核磁共振试验,分析了上路堤、路床工况下高液限土及水泥改良高液限土中吸附结合水的变化及其对高液限土变形的影响规律。结果表明:相同初始孔隙比的不同土样,吸附结合水含量越高,固结压缩量越小,渗透系数越小;相同初始有效孔隙比的不同土样,压缩性和渗透性趋于一致,证明了吸附结合水类固相性;初始有效孔隙比与压缩指数的相关性系数为0.919,由此可建立以吸附结合水含量、初始孔隙比和比重为参数的压缩指数预估公式;温度和动应力作用会引起土中吸附结合水向自由水转化,从而增大土体变形;与未改良高液限土相比,水泥改良高液限土后永久变形大幅降低,其动荷载作用后吸附结合水向自由水转化大幅减小。研究成果可为中国南方地区高液限土填料合理利用提供依据。

冻土路基尺度效应理论研究进展与展望

多年冻土与路基工程之间复杂的水热力相互作用表现出显著的尺度效应,空间尺度、时间尺度和结构性态等都会对其产生影响。对冻土路基尺度效应的深入认识是揭示大尺度冻土路基热融风险机理、融沉防控的重要理论基础。近几十年来,基于室内外试验和数值分析等方法,冻土路基尺度效应研究从现象到机理,最终形成了理论体系,取得充分发展。文章总结了冻土路基尺度效应理论体系、研究方法,梳理了近年来在上边界条件、空间效应、时间效应和结构效应等方面的研究进展,并在此基础上对今后的研究重点提出了一些构想。

基于电阻率CPTU探头快速评价膨胀土电阻率特性研究

为了验证采用电阻率CPTU探头评价膨胀土电阻率变化的可行性,以商用膨润土和高岭土相互拌合而成的人工膨胀土为研究对象,通过自行研制的电阻率探头贯入模型试验,探究不同含水率和不同自由膨胀率下膨胀土的电阻率变化规律,并对比分析室内电极法与电阻率探头所测电阻率之间的关系.研究结果表明,不管是使用电阻率探头还是室内四电极法测量,最终测得的膨胀土电阻率规律相似,在定含水率情况下膨胀土电阻率随膨胀特性的增强而减小,在定膨润土占比情况下膨胀土电阻率随含水率的增大而减小,并证明了含水率对电阻率的影响大于膨润土占比对电阻率的影响;室内两电极法或四电极法与电阻率探头所测电阻率之间均呈现良好的线性相关关系,其中室内四电极法与电阻率探头所测电阻率基本呈现1∶1的直线关系,说明采用电阻率探头评价膨胀土电阻率的变化是可行的,证明了自行研制的电阻率测试设备在膨胀土场地中的适用性.