贫混凝土疲劳方程的建立及其应用研究

贫混凝土用于水泥混凝土路面或沥青混凝土路面基层时,和面层一起受到荷载应力和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计时应考虑其疲劳性能.在室内贫混凝土小梁弯拉疲劳试验的基础上,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,据此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程.根据此疲劳方程,得出贫混凝土的疲劳性能优于其他常用半刚性基层材料,并建立了贫混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数.     

耐久性沥青路面混凝土基层轴载换算研究

刚性基层耐久性沥青路面作为一种新型的路面结构,现行规范对于上覆沥青层水泥混凝土路面的设计思路对其并不适用,其轴载换算公式由于没有考虑刚性基层沥青路面结构的特点,得出的结果存在较大误差。依据普通混凝土及贫混凝土的疲劳方程,结合耐久性沥青路面混凝土基层在标准轴载和不同轴-轮型荷载作用下回归得出的荷载应力计算公式,按照混凝土基层等效疲劳损伤原则,推求得出单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组荷载换算为标准轴载的公式。结果表明:得出的轴载换算公式可充分考虑混凝土基层耐久性沥青路面基层厚度、基层模量、地基模量结构设计参数的影响,具有良好的实用性,可为路面结构设计提供依据。     

弹性地基上有限尺寸复合路面板受力分析

目的 为求解混凝土路面上覆沥青层复合结构路面板角弯沉和最大应力.方法 采用弹性地基上的多层薄板理论,忽略了沥青面层在接缝处水平连续性对路面承载力的影响.通过假定地基反力函数和路面板挠曲位移函数,得出了板角作用荷载时有限尺寸分离式路面和结合式路面的求解方法 .应用该方法 对均布圆形荷载作用下双层地基上的沥青一混凝土复合路面进行了分析.结果 采用地基反力和位移函数方程求解有沥青上面层混凝土路面板角最大应力和弯沉,其混凝土板角最大弯沉值及最大拉应力与ANSYS有限元分析结果 基本一致.能够获得较为满意的结果 .结论 自重对板角应力基本没有影响,对弯沉及位移函数曲线形状影响很小.可忽略不计.     

沥青路面合理结构厚度研究

为了确定沥青路面合理结构厚度,分析研究了沥青路面的半刚性基层厚度或粗粒式沥青混凝土上基层(即粗粒式沥青混凝土下面层)厚度与结构疲劳损伤之间的关系,选择了两种典型高速公路常用沥青路面结构和以往较成功的路面结构及参数,应用SHELL公司Basir3.0程序计算在标准轴载作用下不同路面结构厚度的路表理论弯沉、粗粒式沥青混凝土层底面理论弯拉应力、半刚性基层底面理论弯拉应力和半刚性垫层底面理论弯拉应力,计算分析得到路面结构的合理厚度;并进行了经济分析.     

沥青路面贫混凝土基层应力计算

为分析贫混凝土基层沥青路面新型路面结构的基层应力情况,通过有限元分析方法计算贫混凝土基层的荷载应力,并利用弹性层状体系理论分析沥青面层厚度对其影响,由此推导出基层荷载应力的计算公式.根据不同自然区划的温度场和最大温度梯度,得出贫混凝土基层沥青路面中的基层温度应力的有限元解,于此提出了基层温度应力的计算公式.上述两公式为贫混凝土基层沥青路面结构中基层厚度设计的重要依据.     

层间状态对沥青路面疲劳开裂与位移的影响

为了分析沥青路面层间脱开、滑移和疲劳开裂病害的成因,基于弹性层状体系理论,利用BISAR程序和ABAQUS有限元分析软件,分别通过减缩弹簧柔量ALK、Pell疲劳模型表征层间结合状态和路面疲劳性能,研究了有无水平力作用时ALK对沥青路面疲劳寿命、路表位移和层间位移的影响.结果表明:沥青路面疲劳寿命由层间连续转变为非连续时迅速下降,层间光滑状态下的疲劳寿命仅为连续时的1％;有水平力作用时,层间结合状态(连续、半结合、光滑)对路表水平位移影响显著;无论有无水平力作用,层间结合对磨耗层层底的弯拉应变分布有重要影响,且水平力会使路面结构层内的弯拉应力分布的深度增加;水平荷载作用和层间接触不良是自上而下型裂缝(TDC)产生的主要原因之一.     

动载作用下半刚性沥青路面瞬态响应分析

为了研究车辆行驶作用下半刚性基层沥青路面的力学响应规律,采用大型有限元分析软件ANSYS12.0,基于实测荷载图式建立了非均布竖向移动荷载下层间有限粘结的弹性体系模型,探讨了动载作用下半刚性沥青路面竖向位移、各向应力和应变的瞬态动力响应规律。结果表明:通过实测轮胎接地面积计算得到折减系数为0.82,进而得到更为精确的荷载响应结果;荷载移动过程中,半刚性沥青路面的水平拉应力和拉应变的最大值并非出现在基层层底,路面各层计算点会出现交替受压或受拉现象;进行路面结构分析时,应通过控制行车方向的应力和应变满足水平方向的力学响应要求。     

采用离散元法分析路面结构的疲劳特征

为了在考虑疲劳损伤和恢复性能的基础上,获取路面结构在重复荷载作用下的疲劳特征,采用离散元方法建立了路面结构模型,并分析了在正弦重复荷载作用下路面结构沥青层底部的受力特性.由于路面荷载的随机性,分别以荷载大小、荷载间歇时间、荷载作用次序为考察对象,分析其对路面结构沥青层底受力特征的影响.研究结果表明:随着周期荷载作用次数的增大,沥青层底部拉应力快速增大至某一基础值,并在此基础值附近呈周期性波动,拉应变则在以一定幅值波动的同时,呈现整体水平先急剧增大后缓慢增大的规律;延长荷载作用的间歇时间,虽然一定程度上增大了拉应力和拉应变的波动幅值,但却显著降低了沥青层底拉应力和拉应变的整体水平;不同的荷载作用次序在沥青层底引起的应力应变状态不同,从小至大序列的荷载对沥青层造成的损伤明显小于从大至小序列的荷载.     

基于层间功能层的水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

通过动态分析有限元方法揭示了设置功能层的半刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下各因素(面层厚度与模量、功能层厚度与模量、基层厚度与模量、地基模量以及行车速度)对力学响应的影响程度,采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析,并通过回归分析得到了路面结构力学响应(面层弯沉差、面层底部拉应力、功能层顶部剪应力和基层底部拉应力)的计算公式,为设置功能层的水泥混凝土路面的结构设计和施工提供理论指导.     

沥青加铺水泥混凝土路面板角施荷受力分析

为研究沥青加铺水泥混凝土复合路面在板角作用荷载时的结构计算方法,采用弹性地基上的多层薄板理论,建立了有限尺寸多层复合路面的计算模型,通过假定地基反力函数和路面板挠曲位移函数,得出了板角作用荷载时有限尺寸分离式路面和结合式路面的求解方法.分析结果表明:若取距板角槡2a+1.5he位置的混凝土板表面应力为位移函数计算控制应力,则该应力与有限元分析的最大应力吻合较好(相差不到5%);而沥青面层应力前者小于后者,最大相差40%.位移函数计算与有限元分析结果的板角弯沉最大相差9%.合理假定地基反力函数和路面板位移挠曲函数可以得出分离式和结合式复合路面板角作用荷载时的最大弯沉及各结构层的控制应力.     

柔性纤维混凝土的疲劳特性研究

将柔性纤维掺入水泥混凝土可以大幅度提高混凝土的弯曲疲劳等路用性能,并通过试验建立了柔性纤维混凝土的疲劳方程.结果表明,柔性纤维不但能使混凝土的强度提高,更主要的是可以在重交通条件下,可成倍地提高混凝土的弯曲疲劳寿命.     

上下层布式钢纤维混凝土的抗折疲劳方程

在疲劳试验的基础上，对上下层布式钢纤维混凝土的抗折疲劳强度进行了研究，得到了上下层布式钢纤维混凝土的抗折疲劳方程。在此基础上，与已有公式进行了对比计算，结果表明，两者计算结果非常接近，可供路面设计参考使用。     

用相关系数法优化拟合水泥混凝土疲劳方程

疲劳方程一直是人们研究材料疲劳特性的重要手段。在总结国内外对水泥混凝土疲劳方程研究的成果上，对疲劳方程的形式作了改进，沿袭了双对数形式，在疲劳方程中引入水泥混凝土材料的最小应力水平，采用了三参数疲劳方程形式，使相关系数的绝对值达到最大，并对一组试验数据进行了拟合，与以往的疲劳方程相比，取得了良好的拟合效果。     

矿渣聚丙烯纤维混凝土抗弯疲劳性能

为了研究聚丙烯纤维和磨细粒化高炉矿渣（GGBFS）在不同应力水平和频率下对混凝土抗弯疲劳性能的影响,将4个配比的聚丙烯纤维和5个配比的矿渣分别掺入混凝土中,当应力水平为0.49、0.59、0.69,频率为20 Hz时以及应力水平为0.59,频率为30、40、50、60 Hz时测试抗弯疲劳极限强度和疲劳寿命.研究表明：累积抗弯疲劳强度能够更准确地评价混凝土抗弯疲劳性能;聚丙烯纤维可以提高混凝土累积抗弯疲劳强度和抗疲劳寿命;矿渣及其水化物使得混凝土结构密实,改善了界面过渡区（ITZ）的结构,可以提高混凝土抗弯疲劳性能;抗弯疲劳性能随着应力水平提高而下降,S N数学模型可以用于预测20 Hz频率动疲劳荷载下的矿渣聚丙烯纤维混凝土工程寿命;在一定的应力水平下,测试频率越高,抗弯疲劳性能越差,f N数学模型可以用于预测变频率动疲劳荷载下的矿渣聚丙烯纤维混凝土工程寿命.     

沥青路面水损害疲劳破坏过程的数值模拟分析

以比奥渗流固结理论和各向同性线弹性损伤理论及疲劳损伤理论为基础,提出沥青路面的水损害力学分析模型,运用轴对称有限元方法对力学模型进行求解,并编制有限元程序进行数值模拟分析.重点分析了孔隙水压力对沥青路面受力状态的影响,以及在有孔隙水存在的情况下沥青路面在车载作用下的疲劳损伤过程.计算结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层的渗透系数、面层厚度以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,孔隙水的存在会导致路面结构应力集中加剧,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

The transport properties of concrete under the simultaneous coupling of fatigue load and environment factors

A set of coupling experimental instrument was designed to study the transport properties of chloride ion in concrete under simultaneous coupling action of fatigue load and environmental factors. Firstly the water-saturated performance of modern concrete was investigated, then diffusion performance of chloride ion under different stress levels and different temperature were studied respectively; meanwhile, the time-dependent behavior of the chloride ion diffusion in concrete was also researched. The results showed that the saturation degree of concrete can reach as high as 99%. Besides, diffusion coefficient of chloride ion increased with increasing of the stress level and temperature, and when the stress level and temperature are at 0.6 and 60 ℃ respectively, the diffusion coefficient is 6.3×10-14 m2/s, moreover the diffusion coefficient of chloride ion in concrete decreased with time under the simultaneous coupling action of fatigue load and environment factors.