文摘

流量和热载荷的重复作用下,水泥混凝土路面板可能部分失去联系基层,和空洞可能开发板下面。这样的痛苦将会极大地影响了路面性能。来填补空洞和恢复基础支撑板,高分子灌浆技术已经越来越多地采用了近年来由于其快速应用程序和效率高的优点。然而,缺乏研究的机械的响应和性能修复下刚性路面耦合热的影响和交通负荷。现有文献主要集中在普通水泥混凝土路面结构(即。,没有聚合物灌浆空洞)。本研究将填补研究空白通过调查热应力响应的时域特性的水泥混凝土路面潜在的空洞填充聚合物灌浆,连同设计交通负荷。采用有限元法和三维非线性温度场在人行道上。一个程序模块是在Abaqus有限元分析软件开发的环境温度效应分析。发现温度和流量负载的耦合作用下,热应力对临界板压力有更大的影响力比其他板板角落的位置。通过比较分析前后聚合物灌浆修复,临界拉伸应力在板角落在车辆和热负载下可以有效地减少。 The polymer performance is stable after three years.

1。介绍

水泥混凝土路面已经广泛采用了道路在中国(1由于其高负荷承载能力。重复下车辆动态加载和温度变化,然而,它的基础课程可能出现塑性变形。一旦变形积累到一定时候,空洞形成下面一块混凝土板和构成的一个主要性能的路面潜在风险。如果不及时治疗,空洞可能导致过早断裂和损坏混凝土板因局部损失的基础支持。为了解决这个问题,灌浆已经被用于修复和加固空心空间。灌浆是指采用特殊机械设备将填充物的泥浆注入板下面的空隙。固化后,泥浆将形成一个结构层具有良好的稳定性、高强度、密实度好。常用的注浆材料板底部空洞大致可以分为两类:有机(如聚氨酯、环氧树脂)和无机(如水泥基、水泥)2]。随着聚合物灌浆技术的发展(3,4),修复空洞下面的水泥混凝土板的问题已经有效地解决(5]。

最近,王et al。6,7)提出了一种新型的nonwater活性双组分发泡聚氨酯高分子灌浆材料。灌浆材料的综合性能非常出色。然而,缺乏研究水泥混凝土路面长期性能的空洞修复聚合物灌浆,板的应变和应力响应,聚合物灌浆温度场的耦合行为和交通荷载。现有文献对刚性路面行为受温度的影响主要是对正常的水泥混凝土路面结构(即。,没有聚合物灌浆空洞)。

混凝土板将卷发时其温度变化沿板厚度。通常,板卷向下白天因为其表面温度高于底部温度,而晚上,由于表面温度较低,向上弯曲。的影响下板坯重量和沿着板的边界限制,强调在热卷板过程中可能产生。在AASHO道路测试(8),发现热应力引起的反复向上和向下卷曲将大大影响混凝土板的刚度(9,10)和刚性路面的基层,甚至导致板开裂。一些热应力研究的最新进展和相应的损害赔偿在混凝土路面进行了综述如下。

Szydło et al。11]分析了刚性路面的温度分布和热应力参数估计在波兰和混凝土板的疲劳寿命。发现与混凝土板厚度的增加,板的温度引起拉应力先增加,然后降低。他们的研究建立了一些压力标准基于混凝土路面的强度,以确保路面耐久性。

傅(12)研究了三维应力状态在混凝土板由于热卷,发现最大纵向拉应力增加,板长度当之间的长度是3米和7米,但倾向于保持稳定时,板长度超过8米。也发现关键热卷曲压力板厚度增加时,厚度小于22厘米但减少板坯厚度厚度大于22厘米。

段(13)温度梯度的影响相比,平板厚度,板刚度在水泥混凝土板的温度应力,发现温度梯度影响最重要的三个因素。

魏et al。14]做了实地研究测量温度和应变的分布沿厚度的混凝土板板中心和角落区域和确定的非线性应变分布沿板厚度。他们估计,大约7.4%的板区非线性应变分布沿板边缘和非线性递减在接近板中心。他们测量300×10的干燥收缩变形⁻⁶在板表面和提出了一个方法来确定干燥收缩应变沿板厚度。他们还提出了估计方程的非线性温度分布沿板厚度。

由于每日和季节性变化的空气温度,混凝土板的热应力波动大约每年定期在一天内和。热应力波动是更重要的比那一块板底部表面(15]。Zhang et al。16)调查中的温度分布和应力-应变关系的水泥混凝土路面板在中国东北。他们的研究结果表明,板内温度变化明显落后于外部温度的变化。在同一点上的一块,磁滞回线的面积的温度和应变增量较大横向比纵向方向。温度分布沿板厚度是非线性的。热的非线性分布沿混凝土板厚度和不完整的温度周期性波动的特点在一天之间的所有贡献明显滞后温度和应变增量(17]。

Nishizawa et al。18)提出了一种方法来预测混凝土板的热应力与一维热应力三维有限元分析的基础上的假设。他们的研究结果表明,温度分布沿混凝土板厚度有微不足道的非线性板厚度为250 - 300毫米,但在厚板显示明显的非线性。这是其中一个原因250 - 300 mm厚的混凝土板广泛应用于日本。他们的方法可以用来研究气候条件的影响城市刚性路面的疲劳损伤。

通过三维有限元建模(3 dfem)分析,Shoukry et al。19]得出的结论,而横向拉应力,传统上用于混凝土路面设计,最大主应力是一个更好的整体应力状态的指示器板,特别是当热和交通轴负荷的联合效应。所以,本文的趋势和特征板内最大主应力和聚合物将主要分析。

本研究将填补研究空白的温度分布和应力响应通过调查与底层空洞填充聚合物灌浆水泥混凝土路面在交通荷载的耦合效应。具体地说,本研究首先制定solar-induced温度场的有限元分析(FEA)在混凝土路面,然后在现成的实现分析软件Abaqus有限元分析通过开发一个程序模块计算太阳能的效果。与发达有限元分析工具,混凝土路面的温度场和热应力的影响的详细分析了太阳辐射、风速、空气温度和材料参数对太阳能的效果。然后引入交通负载分析运用循环双轮荷载在人行道上通过Dload有限元分析的子例程。

2。理论和方程对热应力计算

2.1。外部输入和边界条件

由于太阳辐射的影响,大气温度有明显的昼夜差异,提出了周期变化特征。周期变化,太阳辐射的影响路面结构的温度场可以近似表示为周期性边界条件。

当确定路面结构,影响其温度场的主要环境因素总太阳辐射问阳光,有效时间c,最高温度 ,最低温度 ,,平均风速 ,我们将在下面进行讨论。

2.1.1。太阳辐射

根据研究结果,燕(20.),太阳辐射的日变化过程问(t)可以近似表示由以下方程: 在哪里问(t)=太阳辐射t(J /米²/ h);问₀=最大辐射中午(J / m²/ h),问₀= 0.13 mQ;t=时间(h);米= 12 /c;问=每天太阳辐射(J / m²);c=实际有效日照时间(h);=角频率, (rad / h)。

方程(1不连续的)是一个分段函数。它将断点后续计算的温度场。因此,有必要将它转化为一系列形式获得光滑、连续函数。这可以通过使用傅里叶余弦函数的多项式,见方程(2)。发现傅里叶30次多项式近似方程(1)有足够的工程精度。 在哪里 ,和

2.1.2。对流换热

因为混凝土路面的厚度小于其区域维度,在路面温度场可以近似一维传热方程,如以下所示方程(18]: 在哪里=密度(公斤/米³);C=比热(J /公斤/ K);K=导热系数(W / m / K);z=从表面深度(米);T=在路面温度(K),代表T(z,t),这是一个函数的厚度(z)和时间(t)。

求解方程(4),给出了初始条件T(z,0)=T₀(z),T₀(z)代表最初的路面温度场(即。在时间t= 0)。给出了边界条件如下: 在哪里=表面及其周围空气之间的对流热通量(W / m²);=太阳净辐射通量(W / m²);=红外净辐射通量(W / m²);=层底部的深度(米)。

方程(5)显示了两个边界条件,在表面和底部的混凝土板。

2.1.3。辐射换热

混凝土的长波辐射和吸收和其他工程材料一般遵守规则的灰色的身体。根据基尔霍夫定律的热辐射,发射率(ε)一个灰色的身体等于其吸收速率(一个1):

基尔霍夫定律表明,对象的辐射能力越大,其吸收能力就越大。一个物体的表面发射率取决于材料类型,表面温度和表面状况。发射率(ε大多数非金属材料的),然而,非常高,一般在0.85和0.95之间,并与表面状态。混凝土表面,因此,其发射率可以用值为0.9(近似21]。

2.2。非线性温度梯度和热应力公式

水泥混凝土路面的一年四季的暴露环境往往导致的混凝土板表面温度通常是远高于底部温度。如此高的温度梯度中扮演一个重要的角色在屈曲剧变的路面22]。

众所周知,混凝土路面的应力是造成重复轮加载和不同温度和水分梯度。相比,强调基于传统的线性温度梯度的假设,计算压力计算基于非线性温度梯度可以明显不同23),特别是在清晨和晚上,与一个极端差异高达三倍的值基于线性温度梯度。

混凝土板的应力分布可能是由于非线性温度梯度场进行分析后提出的两步过程穆罕默德和汉森24]。

在第一步中,残余应力,维持一个平衡板内部产生的内力由于内部限制变形(即。板内,抑制对相邻元素保持位移连续性)计算。首先考虑板完全无拘无束和轻便,非线性温度梯度T(z),z深度测量板坯中层和被认为是积极的下行。由此产生的应变分布ε(z)=αT(z),一个板的热膨胀系数。剩余法向应力的纵向或横向可以计算如下: 在哪里E和ν杨氏模量和泊松比的平板,分别;h平板厚度。

在第二步中,由于外部压力限制(板自重和路基反应)在变形计算使用一个等价的线性温度梯度可以产生相同的板曲率非线性温度梯度。温度不同, ,底部和顶部的板下的等效线性温度梯度计算如下:

板的曲率,k,可以计算如下:

一旦等效线性温度梯度计算,应力由于非线性温度梯度和外部限制可以计算使用封闭形式的解决方案如Westergaard或布拉德伯里[25或可用数值分析软件包。

压力的总和计算的两个步骤给最终的应力解。

3所示。建立有限元模型的水泥混凝土路面

一个典型的刚性路面结构,如图1,选择3 dfem分析。表层由15个混凝土板,每板宽4米,5米长,0.24米厚。混凝土板下面是水泥稳定级配碎石层厚0.16米,厚0.16米稳定碎石基地,和一个3米厚的土层。使用领带夹沿纵向接头和销棒沿横向使用关节,长度为0.41米,直径0.026米,0.3米的间距,如图1。这个结构被选中,因为它是符合刚性路面结构S24山东省高速公路,中国,空洞检测板下面,随后由聚合物灌浆修复。它还在路面结构,现场温度测量部分中讨论4.1。孔隙空间,尺寸0.2米长,0.2米宽,0.02米高,包括下面的角落里一个中间板,星标记的符号在图1。

关键是选择的筛孔尺寸精度高的结果在一个合理的成本。三维道路模型在本文中,我们选择六面体单元网格分析。一定的原因,他们能在最低的成本产生最好的结果。结构化网格技术和二次降低积分(CPS8R、CPE8R C3D20R)模型中的应用。

混凝土板之间的接口和稳定碎石基层层由一个接口建模元素,代表板之间的交互和基本由三个线性弹簧。没有界面元素中使用空白区域。边界上的节点的转动位移(四方在横向和纵向)是固定的,而正常的正常方向的位移都是免费的。所有位移节点的底部结构是固定的。提出了混凝土路面结构的材料参数表1。

有限元模型的建立,分析了热应力在两个步骤。首先,路面结构表面的温度场分析元素类型DC3D8有限元分析有限元分析。对于给定传热边界条件,进行了瞬态传热分析获得温度场的解决方案。其次,与有限元网格保持不变,元素类型是应力分析转换为相应的类型,这是实现通过调用有限元分析有限元分析的“热”命令。压力问题的边界条件是由使用温度应力分析的分析结果作为输入。热应力结果然后通过有限元分析获得的。

4所示。有限元分析在混凝土路面温度和载荷引起的应力

4.1。验证温度场模型和热应力分析

温度场模型中描述的部分2首先验证了温度测量的数据字段。具体来说,温度测量被从一个刚性路面的烟台部分S24维情高速公路,于2000年建成并通车。两个方向的刚性路面有四个车道和底基层宽度为25.5米。历史温度记录如下。年平均气温约为11到12°C。最高气温出现在8月每月平均温度为24.9°C,而最低空气温度发生在1月,月平均气温−3.7°C。实地测量表明,最高路面温度达到67.2°C在夏天冬天和42.2°C。研究[27)表明,低温和车辆荷载的耦合会产生更大的拉伸应力比高温板底部。因此,本文将重点讨论耦合热应力和车辆荷载的冬天。

路面表面温度测量每小时从2017年9月1日,在2018年4月1日,手持温度计如图2。落锤空洞下面发现了混凝土板的挠度计(FWD)选择板。温度传感器嵌入在一块之间的部分K 131 + 045的里程碑和K 131 + 049测量板坯内部的温度。传感器的安装位置见图3。具体地说,两个传感器的间距5厘米被嵌入一块角落附近,在1厘米以下板顶部和5厘米的两个垂直边缘板角落。另一组的两个传感器嵌入在同一位置,但3厘米以上板底部。在中间的一个纵向边缘板,五个温度传感器嵌入5厘米除了边缘1厘米,3厘米,7厘米,13厘米,21厘米以下的板,分别。另一组5个传感器嵌入在相同的位置和相同的距离板上面。传力杆的影响或系杆卷曲压力板是微不足道的(12]。因此,在本节中,传力杆或系杆不是包括在分析中。

测量的温度与计算使用3 dfem从温度场模型。一个例子是图所示4,温度在顶部和底部的一块在一个夏日(9/16/2017)和冬季的一天(3/22/2018)。可以看出,计算值与实测温度相匹配,建议采用温度模型的有效性和3 dfem分析。

图5显示实测温度资料沿板厚度在不同时间3月22日,2018年,包括0:00,4点,8点,12点,点16:00时。可以看出,温度分布是非线性的沿板厚度无论白天的时间。如果温度剖面装有一条直线,线性拟合的最大误差可以达到高达8°C。因此,使用一个线性温度曲线在混凝土板的应力分析可能低估了热应力。

相应的热应力在上面的混凝土板由于温度资料计算3 dfem分析。热应力在板角落将在随后的有限元分析。板的热应力在角落里的三个工作条件分析了夏季和冬季的气温资料,分别。三个工作条件(1)“正常”的混凝土板充分接触基础;(2)“空白”,有空洞在混凝土板;(3)“聚合物”,空洞下面的板与高分子材料灌浆。

结果如图6和7,数据8和9,数据10和11正常,空虚,分别和聚合物条件。在这些数据中,S11表示车辆行驶方向的最大正应力(X方向),S22代表向上方向的最大正应力(Y方向),S33代表的最大横向正应力(Z方向),S12代表上的剪切应力平面的法向量X方向,指向,SMAX代表最大主应力。正应力的符号惯例,负值表示压缩。NT11代表温度计算在同一点的变化。

数据6和7表明,在热应力下,最大主应力(SMAX)上面是负的空白区域在夏季和冬季,表明最大压应力出现在板的角落。S11是负值,表明压应力X方向;S22是正数,说明拉伸应力Y方向。S12是积极的在板上的价值而负板底部。剪切应力非常小,不同的范围0 - 0.7 MPa。这是因为在热应力下,组件的力矢量平行于路面横截面很小。由于混凝土的抗拉强度比抗压强度更敏感的养护不当,我们专注于研究拉伸应力的值。在夏天,最大拉应力是3.12 MPa的板和3.31 MPa板底部。在冬天,最大拉应力是3.51 MPa在板表面和3.57 MPa板底部。

压缩比具体的张力是大约10到15%。也就是说,其抗压强度是其抗拉强度约10倍28]。根据中国规范高速公路水泥混凝土路面的设计(jtgd40 - 2011),典型的最大C35水泥混凝土的抗拉强度是5 MPa。混凝土板经验高拉应力比在夏天,因为在冬天,在大多数的冬夜,混凝土板内部有一个负温度梯度(即。,表面温度低于内部温度)。的混凝土板就像一个向下的拱底熊更高的拉应力。

数据8和9显示,与“正常”条件相比,每个压力的趋势“空白”条件是相同的,但不同的极端值。

在夏天,最大拉应力在板前为3.07 MPa,这是低于“正常”(全接触)条件下(3.12 MPa),而剪切应力(S12)保持不变和最大主应力仍然受压。板底部,最大主应力为3.21 MPa,下降了0.1 MPa,全面接触条件下(3.31 MPa);压应力(S11)增加了0.3 MPa。这些结果表明,在高温状态下,拉应力降低和压应力增加板底部的“空白”的工作状态。

在冬天,最大拉应力在板的顶部为3.21 MPa, 0.3 MPa低于在完整的接触条件。

一般来说,不管温度高或低,临界热应力在板的孔隙低于充分接触条件。最主要的原因是,当有一个空白板下面,板和基地之间的间隙增加,这会削弱路面和基地之间的联系。另外,当发生卷曲变形,减少基础的约束,从而导致减少热应力在板的角落。

数据10和11表明,聚合物灌浆后空白区域,最大拉应力在板上是3.17 MPa在夏天,它是略高于全接触条件下(3.12 MPa),和板底最大拉应力为3.28 MPa,这略低于全接触条件下(3.31 MPa)。这些结果表明,最大拉应力在顶部和底部都是聚合物灌浆后减少。高分子材料的原因可以发挥良好的连接作用薄的填充层如下。首先,多孔聚合物材料,它能吸收部分热应力在板卷;此外,高分子材料是温度惰性的,所以它的弹性模量和体积是在一个相对稳定状态的周期性温度的增加和减少。

一般来说,这三个工作条件,的值之间的差异最大热拉伸应力混凝土板的顶部是无关紧要的。这是因为仿真分析中采用的孔隙空间很小,所以应变传播到板上的孔隙空间很低。由于孔隙空间,表层和基地层之间的连接。之后,卷曲变形发生时,它会产生严重的温度波动。因此,板受到反复拉伸和压缩的行动可以容易产生开裂破坏。孔隙空间中的聚合物灌浆后,表层和基地层可以与结合强度增加篮板球。

4.2。交通荷载应力分析

连续移动交通荷载的作用下,混凝土板的弯曲(15]。当载荷作用在板的中心,最大原则应力压在板上但拉伸板下。当负载作用在板的角落,最大原则强调的是压缩板底部但拉伸板上面。可以看出,重复轮载荷的作用下,混凝土板经验交流抗拉和抗压应力。众所周知,混凝土的弯曲抗拉强度远低于抗压强度。例如,在中国,代码设计的混凝土结构(gb50010 - 2010) [29日)表明,C30混凝土的设计抗弯抗拉强度为1.43 MPa但设计弯曲,抗压强度为5.0 MPa。因此,混凝土板拉伸应力下更容易开裂破坏。

在本节中,临界应力仅移动轮加载引起的混凝土板进行了分析。移动(40公里/小时)的速度标准的单轴加载100 kN,两边各有一个轮子的轴组成,应用在人行道上表面与外车轮定位的边缘板与底层空缺,如红虚线所示图1。众所周知,这种边缘加载场景导致临界拉伸应力混凝土板的底部。每个车轮与路面之间的接触压力均匀分布在一个正方形区域价值为0.7 MPa和双车轮间距为31.95厘米从中心指向中心点。这个标准轴负载用于高分类中文水泥混凝土路面的设计规范。模拟重复移动车轮荷载的影响,半正矢负载应用于板,0.7 MPa的压力振幅和一段时间的3.06年代决定从负载移动速度(40 km / h)和路面部分(25米)的长度。

当轴负载上面放置空白区域板角落,顶部的最大主应力和板的底部角落呈现在图12三个工作条件。从图可以看出12(一个)空白板下存在时,最大主应力在板上角强度最大值为0.08 MPa(红色曲线),低于混凝土抗拉强度。聚合物灌浆后,最大主应力在空白区域是压应力(蓝色曲线)。图12 (b)表明,最大主应力板底部三个工作条件下拉伸,类似于部分中讨论的热应力4.1。最大值约为0.25 MPa,也低于混凝土抗拉强度值。

图13显示了时间的历史最大主应力轴负载时的混凝土板应用于板纵向边缘的中间。可以看出,顶部的最大主应力强度最大值为0.72 MPa,和底部的拉伸最大值为0.26 MPa。图13 (b)表明load-induced压力的大小是一致的三个工作环境,但我们可以看到“真空状态”的阴谋拉应力值,最高和最低的发生在“聚合物条件。“这表明聚合物灌浆可以减少轮载荷诱导关键在板底拉应力。

类似的分析也表现与轮胎/路面接触压力改为0.5 MPa和1.0 MPa下占过载场景,分别。结果表明,最大主应力,无论是否压缩或拉伸,都在标准范围内允许在中国设计规范(30.]。因此,不会损伤的混凝土板在其设计寿命下的交通负荷。然而,在现实中,人行道上受到多种因素的影响,如交通荷载、温度和湿度条件。因此,多种因素需要耦合分析中获得一个更现实的板的应力状态的照片。

4.3。分析交通荷载和温度的共同作用

周期性的温度变化过程中,积极的和消极的混凝土板的温度梯度替代。当板受到交通负荷、热和交通荷载效应叠加。这种叠加效应将在本节进行分析。

4.3.1。分析交通荷载和温度的共同作用的夏天

假设交通负荷建模应用于刚性路面部分反复在一段3.06秒,24小时通过的数量是28235一天。图14显示了最大拉应力在板角落交通负荷、热效果,和三个工作条件下耦合的影响。曲线(1)显示了砂轮堵塞产生的拉应力,曲线(2)显示了最大拉应力产生热效应,和曲线(3)是交通荷载和温度的共同作用。

图14显示交通诱导的压力在24小时内的高频振荡。(全接触)正常工作条件下,交通诱导应力(图14(a)(1))时的最大热应力发生(图15(a)(2))为负,表明压应力产生在交通荷载下的板的角落,可以中和拉应力由于热卷的一部分。这就是为什么总压力的极值(3.13 MPa)低于极端热应力(3.31 MPa)图14(a)。这一趋势的总应力与热应力的趋势是一致的,表明热应力产生更大的效果。

无效的工作条件下(图14(b)),我们可以看到,在交通荷载下,产生显著的拉应力在板的角落,一个极端值为0.31 MPa。极端的热应力低于在正常工作条件下(曲线(2)图14(一)),这表明空白区域可以帮助缓解热应力,这与前面分析的结果是一致的。拉应力的极值板角落里的是3.79 MPa,这是略高于价值由于热效应。

这意味着价值的最大拉应力产生的热效应在空白的状况略有减少,但总压力高。在这个压力增加,损害更容易发生在板角落下重复流量和热行为。当板的底部角落支持,板处于悬臂状态。聚合物灌浆在空白区域后,高分子材料孔隙扩散,最终重组基本层和混凝土板的应力计算结果如图14(c),从图可以看出14(c)(2),聚合物灌浆后空白区域,热应力值略有增加(从3.21到3.28 MPa)。

根据负载和温度的耦合效应,最大拉应力(图3)14(c)为3.22 MPa,相比减少17%到3.79 MPa的空白状态,并略有增加从3.13 MPa在完整的接触条件。最大拉伸应力的原因是略高于全接触条件下,高分子材料具有较低的弹性模量及其承载力远小于水泥混凝土。

在夏天,最大拉应力产生的秩在三个条件下由于热效果,从高到低,全接触(“正常”),后聚合物灌浆(聚合物),无效状态。最大拉伸应力的秩由于交通和热效果相结合,从高到低,空白状态,聚合物灌浆后(“聚合物”),和充分接触。

4.3.2。分析交通荷载和温度的共同作用在冬天

在冬天,日夜温差大,混凝土板内的温度梯度,如前面所示的计算,并不总是负面的,但与环境温度实时变化。高分子材料,因此,缩小体积的冬天和增加其弹性模量较低的温度。本节将分析的耦合热和交通压力至关重要的年度最低温度发生时的冬日。分析时期仍然是24小时使用相同的参数和三个夏天计算中使用的工作条件。交通负载也是标准的单轴加载100 kN接触压力为0.7 MPa。最大拉应力在板角落的结果呈现在图15。

当混凝土板在正常(全接触)条件下,从图15(a)(1),可以看出,在车辆荷载的作用下,混凝土的角落将产生更大的拉应力在冬天比夏天。图15(a)(2)表明,最大拉应力产生的热效应也在夏天冬天(3.57 MPa)比(3.31 MPa),这表明在充分接触条件下,最大热应力不会增加增加温度。图15(一)(3)显示,当交通负荷和温度效应结合,最大拉应力增加从3.13 MPa在夏季(图14(一)(3))为3.72 MPa在冬天,增加了18%。这表明混凝土板受到更高的临界拉伸应力在冬天比夏天行车荷载的耦合作用下和温度。

图15(b)(2)表明,最大热应力在3.39 MPa时,板板角落有一个潜在的空白,相比增加0.18 MPa在夏季(图3.21 MPa14(b) (2))。这表明最大热应力在板的底部角落里比在低真空条件下充分接触条件下,夏季和冬季。

图15(b)(3)显示,当混凝土板下面有一个空白的角落,最大拉应力联合作用下的混凝土板的交通负载和温度达到3.57 MPa,这是接近C35水泥混凝土的抗拉强度。早期开裂破坏,因此,预计将在混凝土板。夏季条件相比,最大拉应力在冬天增加了20.5%。因此,为了减少路面损坏,重和重载车辆应禁止混凝土板与潜在的空洞,特别是在低温环境。

聚合物灌浆后,从图可以看出15(c)(2)最大热应力为3.53 MPa,这相比增加0.14 MPa (3.39 MPa)的空白状态,但相比减少0.04 MPa (3.57 MPa)完整的接触条件。图15(c)(3)表明,聚合物灌浆减少了车辆荷载的组合作用下最大拉伸应力和温度从4.57 MPa(无效条件)为3.79 MPa,减少了28%。减压相比比例(17%)在夏天,高分子材料的性能似乎是更好的在冬天。

冬天,最大拉应力产生的秩在三个条件下由于热效果,从高到低,全接触(“正常”),后聚合物灌浆(聚合物),无效状态。最大拉伸应力的秩由于交通和热效果相结合,从高到低,空白状态,聚合物灌浆后(“聚合物”),和充分接触。在夏天这些排名是相同的。

5。领域的案例研究

本研究是基于项目的恢复性能的水泥混凝土路面S24维情山东省高速公路,中国,通过与聚合物灌浆修复空白板下面。灌浆修复完成了2017年1月的部分K130 + 950∼K163 + 882。路面性能评估体重下降挠度测试聚合物灌浆前后,如图16。

挠度测试进行了冲击载荷的5、7、9 T(吨)(即。,49。0,68。6,和88.2 kN) at the slab right corner, about 0.25 m from the slab edge, on September 14, 2017, October 13, 2017, and August 14, 2020, respectively. The average deflection results from the three tests (before, right after, and three years after grouting) are summarized in Figures17- - - - - -19分别为这三个影响负载。一块在这些数字是随机选择的。

图17显示5 T的冲击载荷下,适用于压力的690 - 710 kPa,治疗后的挠度值高于治疗前5个中的15个数据集。这可能是由于高分子材料的固化尚未完成的过程中孔隙扩散和尚未达到设计强度。挠度值测量三年后,然而,都低于最初的测试值,降低利率的9 - 45%的范围。相比,变形量测量聚合物灌浆后,变形量测量三年后增加5组和减少10组,增加5 - 11%和11 - 60%的速度减少。

图18显示,冲击载荷下的7 T,适用于压力的975 - 1100 kPa,治疗后的挠度值高于治疗前6的15的数据集,更高的比例是5 - 17%。三年后15个数据集的结果显示,他们都是低于初始值检测。整体分析表明,下的挠度值三年后7 T负载从最初的测试值,减少和降低利率从5%到58%不等。相比,聚合物灌浆后挠度值,偏差值测量三年后增加4组和减少在11组,率从4%提高到10%和降低率从1%到45%不等。

图19显示,冲击载荷下的9 T,适用于压力的1280 - 1310 kPa, 8 15的数据集,挠度值比治疗前高出2 - 18%。三年后,8套的挠度结果都成了低于最初的测试值。整体分析显示了三年下降后的挠度值与初始测试值相比,5 - 55%的速度减少。相比偏转值对聚合物灌浆后,4组值增加,和11组减少,增加7 - 20%和7 - 44%的速度减少。

总结,在三种负载水平下,治疗后的挠度值减少了20.3%,11.6%,和8.3%,分别比治疗前。挠度值测量三年后下降了18.57%,20.5%,和20.7%,分别在治疗后相比。三年后,聚合物灌浆修复的性能是稳定的,它显示了一个趋势,负载越大,稳定性越好。

6。结论

本研究关注的是应力分析与空洞的刚性路面混凝土板与聚合物灌浆修复前后,在热的耦合效应和交通负荷。3 d有限元模型(3 dfem)构造与温度场有限元分析有限元分析环境数据收集模型验证和用户子程序(Pave3D和Dload)编译进行应力分析。结论总结如下。(1)温度变化以及混凝土板的厚度显示了一个非线性趋势。一个线性温度分布的假设可能导致8°C的最大误差。(2)热的影响和交通负荷下,热应力超过了交通荷载应力的混凝土板。(3)在低温下,荷载应力和热应力的耦合会产生更大的总压力在更高的温度。低温和高负载将人行道上的最不利组合,应该避免在实际工程。(4)通过比较分析前后聚合物灌浆修复,临界拉伸应力在车辆荷载下的板角落可以有效地减少了约19%,而热应力在空白区域可以减少约25.9%。的长期影响聚合物灌浆修复验证了在该领域的案例研究。(5)该领域的案例研究表明,聚合物灌浆最初可能减少57.7%偏转板角落位置和位置三年之后。降低利率的挠度值三年后是18.57%,20.5%,20.7%,三个影响负载(5、7、9 T),分别。聚合物性能稳定的三年之后,有一个趋势,负载越大,稳定性越好。

从这项研究中,聚合物的优点灌浆修复空洞在混凝土板压力反应机理的解释板热的耦合行为和交通负荷。本研究填补了混凝土路面的研究差距分析与底层空洞修复与聚氨酯材料。来自本研究的发现需要进一步验证数据收集的刚性路面长期性能监控和测试潜在的空洞与聚合物灌浆是固定的。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。