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含初始裂缝水泥混凝土路面对冲击荷载响应分析

陈扬 童朝霞 冯锦艳 高政国

陈扬, 童朝霞, 冯锦艳, 等 . 含初始裂缝水泥混凝土路面对冲击荷载响应分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(7): 1474-1480. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0639
引用本文: 陈扬, 童朝霞, 冯锦艳, 等 . 含初始裂缝水泥混凝土路面对冲击荷载响应分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(7): 1474-1480. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0639
CHEN Yang, TONG Zhaoxia, FENG Jinyan, et al. Dynamic analysis on cement concrete pavement with initial cracks under impact loading[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(7): 1474-1480. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0639(in Chinese)
Citation: CHEN Yang, TONG Zhaoxia, FENG Jinyan, et al. Dynamic analysis on cement concrete pavement with initial cracks under impact loading[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(7): 1474-1480. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0639(in Chinese)

含初始裂缝水泥混凝土路面对冲击荷载响应分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0639
基金项目: 

国家自然科学基金 11872092

详细信息
    作者简介:

    陈扬  男, 硕士研究生。主要研究方向:冲击荷载下水泥路面的破坏

    童朝霞  女, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:道路的土动力学与土工抗震、道路工程动力数值模拟分析

    冯锦艳  女, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:道基道面工程、地质灾害

    高政国  男, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:工程结构数值模拟分析、混凝土细观力学分析

    通讯作者:

    童朝霞, E-mail: tongzx@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TU997

Dynamic analysis on cement concrete pavement with initial cracks under impact loading

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11872092

More Information
  • 摘要:

    冲击荷载对水泥混凝土路面的破坏与普通交通荷载有很大不同。采用数值模拟方法,探索了冲击荷载作用下面层具有不同初始裂缝长度和位置的水泥混凝土路面的动态响应特性。研究发现水泥混凝土路面最终扩展的裂缝长度和沉降随初始裂缝长度的增加而增大,随初始裂缝与荷载作用中心距离的增加而减小。当初始裂缝长度与面层厚度的比超过某一值时,水泥混凝土路面会产生贯穿性的裂缝。初始裂缝长度的不同主要影响的是面层以下约5倍水泥混凝土面层厚度范围内石灰土和黄土的压缩变形。初始裂缝长度和位置的不同对荷载作用中心1 m范围内水泥混凝土路面的沉降有较显著的影响。

     

  • 图 1  Petersson三弯梁尺寸[12]

    Figure 1.  Dimension of Petersson three bending beam[12]

    图 2  加载点荷载-位移曲线

    Figure 2.  Load-displacement curves at loading point

    图 3  动力断裂梁几何尺寸和应变片布置[13]

    Figure 3.  Geometric dimensions and strain gauge layout of dynamic fracture beam[13]

    图 4  冲击荷载形式[13]

    Figure 4.  Type of impact loading[13]

    图 5  测量点应变随时间变化曲线

    Figure 5.  Strain-time curve at measuring points

    图 6  路面结构示意图

    Figure 6.  Sketch map of pavement structure

    图 7  FWD荷载作用曲线

    Figure 7.  Loading curve of FWD

    图 8  初始裂缝位置和长度示意图

    Figure 8.  Sketch map of initial crack position and length

    图 9  初始裂缝位置示意图

    Figure 9.  Sketch map of initial crack position

    图 10  不同初始裂缝长度最终扩展的裂缝

    Figure 10.  Final crack produced with different initial crack length

    图 11  不同初始裂纹长度加载中心点沉降随时间变化曲线

    Figure 11.  Settlement-time curve at loading center with different initial crack length

    图 12  不同初始裂纹长度峰值沉降时刻路面弯沉盆

    Figure 12.  Pavement deflection basin at moment of maximum settlement with different initial crack length

    图 13  不同初始裂纹长度峰值沉降时刻加载中心点沉降随深度变化曲线

    Figure 13.  Settlement-depth curve at loading center at moment of maximum settlement with different initial crack length

    图 14  不同初始裂缝位置最终扩展的裂缝

    Figure 14.  Final crack produced with different initial crack location

    图 15  不同初始裂纹位置加载中心点沉降随时间变化曲线

    Figure 15.  Settlement-time curve at loading center with different initial crack location

    图 16  不同初始裂纹位置峰值沉降时刻路面弯沉盆

    Figure 16.  Pavement deflection basin at moment of maximum settlement with different initial crack location

    图 17  不同初始裂纹位置峰值沉降时刻加载中心点沉降随深度变化曲线

    Figure 17.  Settlement-depth curve at loading center at moment of maximum settlement with different initial crack location

    表  1  混凝土参数

    Table  1.   Parameters for concrete

    参数 弹性模量/
    MPa
    泊松比ν 抗拉强度ft/
    MPa
    断裂能
    Gf/(N·m-1)
    数值 30 000 0.3 3.33 124
    下载: 导出CSV

    表  2  路面结构层数值模拟参数

    Table  2.   Numerical simulation parameters for pavement structure layer

    材料 弹性模量/
    MPa
    密度/
    (kg·m-3)
    泊松比 内摩擦角/
    (°)
    内聚力/
    kPa
    水泥混凝土 30 000 2 500 0.3
    石灰土 700 1 750 0.35 32 90
    黄土 100 1 800 0.3 22 56
    下载: 导出CSV
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图(17) / 表(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-05
  • 录用日期:  2019-02-28
  • 网络出版日期:  2019-07-20

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