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Toughness improvement mechanism and evaluation of cement concrete for road pavement:A review

Journal of Road Engineering 2023年第2期3卷 125-140页

作者： mingjing fang Yiming Chen Yungang Deng Zhe Wang Mengjun Zhu School of Civil Engineering and Architecture Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Transportation Branch China Railway Siyuan Survey and Design GroupCo.Ltd.Wuhan 430063China

Traditional cement concrete has the disadvantages of low tensile strength,poor toughness,and rapid development of cracks while cracking,which causes a significantly negative influence on the safety and durability of concrete road *** paper presents a state-of-the-art review of toughness improvement mechanisms and evaluation methods of cement concrete for road *** review indicates that(i)The performance of concrete material depends on its material composition and internal *** size,cement properties and admixtures are the main factors of concrete toughness.(ii)The incorporation of rubber or fiber in pavement concrete improves the toughness of concrete ***,these additions must be maintained within a reasonable *** amount of rubber and fiber are encouraged not more than 30%of the volume of fine aggregate and 2%of the volume of concrete,respectively.(iii)The toughness of pavement concrete material includes the toughness regarding bending,impact and *** toughness of cement concrete for highway and municipal pavement is generally evaluated by bending and fracture toughness,while the toughness of airfield pavement concrete is more focused on impact toughness.(iv)The toughening measures of cement concrete for road pavement are mainly mixed with rubber or fiber,while these two materials have their defects,and the application of hightoughness cement concrete in the actual road still faces many *** example,the synergistic effect of rubber and fiber,the development and application of new flexible admixtures,and the formulation of the toughness index of pavement cement concrete materials need further research.

关键词： Cement concrete Road pavement Toughness Toughness evaluation method

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Theoretical analysis on ground vibration attenuation using sub-track asphalt layer in high-speed rails

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Journal of Modern Transportation 2015年第3期23卷 214-219页

作者： mingjing fang Sergio Fernández Cerdas Department of Road & Bridge Engineering School of TransportationWuhan University of Technology(WUT) Faculty of Costa Rica Institute of Technology Costa Rican Building Research Center Costa Rica Institute of Technology100 metros este10 metros sury 500m este del Estadio Fello MezaCartagoCosta Rica

Using a finite element method （FEM） program, a Portland cement concrete slab trackbed （So）, and a sub- track asphalt roadbed （RAC-S） were modeled under high- speed train loads to analyze their responses to ground vibration attenuation, by considering 10, 15, 20, 25, and 30 thick sub-track asphalt layer replaced on the top of the upper subgrade. FEM results show that the vibration amplitude of RAC-S is at least three times lower than the vibration for So. The maximum vibration amplitude of RAC-S is linearly increased with train speed. The vertical acceleration is found to be reduced by more than 10 % when the asphalt layer thickness is increased from 10 to 20 cm. However, the reduction in vertical acceleration is only about 1% when the thickness of the asphalt layer changes from 20 to 30 cm. The vibration level is slightly lower if the asphalt layer has higher resilient modulus in the seasons of autumn or winter. This theoretical analysis indicates that a railway substructure that consists of a 10-20 cm thick high modulus asphalt layer located at the top of trackbed shows a good performance in ground vibration control for high-speed rails.

关键词： High-speed railway· Substructure · TrackbedAsphalt mix· Ground vibration attenuation ·Mechanismanalysis

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Precast system and assembly connection of cement concrete slabs for road pavement: A review

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Journal of Traffic and Transportation Engineering(English Edition) 2022年第2期9卷 208-222页

作者： mingjing fang Ran Zhou Wenhui Ke Bo Tian Yubin Zhang Jianjun Liu School of Civil Engineering and Architecture Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Wuhan Municipal Engineering Mechanization Construction Co. Ltd..Wuhan 430030China Research Institute of Highway Ministry of TransportBeijing 100088 China Anhui Transport Consulting&Design Institute Co. Ltd..Hefei 230088China PowerChina Huadong Engineering Co. Ltd.Hangzhou 311122China

Prefabricated pavement is increasingly applied worldwide due to the rapid construction *** paper presents a state-of-the-art review of the precast systems and assembly connection of concrete slabs,as well as the precast pavement *** previous research indicates that:(1)both super-slab and Michigan systems are recommended with the satisfied road performance close to the cast-in-place;(2)flexible base material is suggested for the fabricated pavement for the satisfied leveling and stress distribution;(3)to prevent the voiding phenomenon of the fabricated pavement,the sand cushion course,dry mixed mortar or self-leveling mortar,and other flowable materials could be used for the secondary leveling of the base after the pavement splicing;(4)two-direction dowel bars are recommended for slab connections of the fabricated pavement,which helps to improve the load transfer capacity of the joints and enhance the durability of the fabricated pavement structure;(5)the sealing treatment of precast slab joints needs strengthening to reduce the impact of surface runoff on the base course;(6)the further research focuses are designing with functional,composite,mechanized,intelligent,lightweight,and flexible pavement ***,pavement mechanical properties induced by temperature overlapping traffic loads need to be revealed.

关键词： Road engineering Prefabricated pavement Cement concrete slab Structural design Assembly connection

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Numerical determination for optimal location of sub-track asphalt layer in high-speed rails

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Journal of Modern Transportation 2013年第2期21卷 103-110页

作者： mingjing fang Sergio Fernández Cerdas Yanjun Qiu Department of Road & Bridge Engineering School of TransportationWuhan University of Technology Costa Rica Institute of Technology Construction Engineering SchoolCartago 159-7050Costa Rica Key Lab of Highway Engineering of Sichuan Province Southwest Jiaotong University

Well-graded asphalt mix with the merits of high sound absorption, low water permeability, excellent strength, and easy construction is an important option for high-speed railway substructures. On the basis of finite element method, a model with conventional ballasted trackbed （To） and four ballasted trackbeds models with different positions of asphalt layer were analyzed, in which 15 cm thick asphalt layer was used to replace the different sub-track layers, the bottom and the top of upper subgrade and of ballasted trackbed, named as Tb T2, T3, and T4, respectively. The results showed that the range of peak vertical accelerations on the top of subgrade surface of T2 and T4 were smaller than T1 and T3; T1 and T2 perform better in decreasing the maximum vertical deformation of subgrade than T3 and T4; the maximum transversal tensile strain of T4 is almost twice than the other three. The trackbed bears more stress when the asphalt layer is located at the lower part of railway trackbed.

关键词： High-speed railways Asphalt concrete -Ballasted trackbed FEM Numerical analysis

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Comparative analysis on dynamic behavior of two HMA railway substructures

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Journal of Modern Transportation 2011年第1期19卷 26-34页

作者： mingjing fang Yanjun QIU Jerry G. ROSE Randy C. WEST Changfa AI National Center for Asphalt Technology （NCAT） College of Engineering Auburn University Auburn AL 36830-5577 USA School of Civil Engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031 China College of Engineering Civil Engineering Department University of Kentucky Lexington KY40506-0281 USA

A numerical analysis using a finite element program was performed on three structures： hot mix asphalt （HMA） reinforced trackbed （RACS-1）, HMA directly supported trackbed （RACS-2）, and traditional Portland Cement Concrete （PCC） slab track （SlabTrack）. Although the comprehensive dynamic responses of RACS-1 were similar with SlabTrack, HMA layer can positively affect the stress distributions. In particular, the horizontal stresses indicate that the resilience of RACS-1 was improved relative to SlabTrack. In addition, HMA reinforced substructure has the capacity to recover the residual vertical deformation. The effective depth for weakening dynamic loadings is mainly from 0 to 2 m, this being especially true at 0.5 m. The results from the analysis show that HMA is a suitable material for the railway substructure to enhance resilient performance, improve the stress distribution, weaken dynamic loading, and lower the vibration, especially at the effective depth of 2 m. The HMA constructed at the top of the stone subbase layer allows the vertical modulus a smooth transition. In terms of the comprehensive dynamic behaviors, RACS-1 is better than SlabTrack, while the results for RACS-2 are inconclusive and require further research.

关键词： high-speed railway HMA railway substructure FEM analysis

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无砟轨道沥青混凝土支承层准静态设计方法

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铁道建筑 2020年第3期60卷 112-117页

作者：方明镜陈豪武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070 武汉理工大学交通学院武汉430063

沥青混凝土铺装轨道结构中,沥青混凝土支承层的厚度设计目前以经验为主。本文建立了轨道板在均布荷载作用下的层状弹性体系理论模型,应用有限元分析和实测数据验证了理论模型的有效性,提出以沥青混凝土层层底拉应变、路基面竖向应力、... 详细信息

沥青混凝土铺装轨道结构中,沥青混凝土支承层的厚度设计目前以经验为主。本文建立了轨道板在均布荷载作用下的层状弹性体系理论模型,应用有限元分析和实测数据验证了理论模型的有效性,提出以沥青混凝土层层底拉应变、路基面竖向应力、路基面竖向位移为关键设计指标的沥青混凝土支承层厚度准静态设计方法,并进行了实例设计。结果表明:理论分析结果相比有限元计算结果偏于保守,两者都在实测数据取值范围内;理论模型修正后可用于无砟轨道沥青混凝土支承层的厚度设计;设计指标的阈值可控制设计层的最小适宜厚度。

关键词：无砟轨道沥青混凝土铺装轨道结构理论分析有限元分析层状弹性体系准静态设计方法

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高速铁路无砟轨道路基结构适应性动力分析

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西南交通大学学报 2011年第2期46卷 183-188页

作者：邱延峻方明镜张晓靖魏永幸西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司科技中心四川成都610031

为了解高速铁路轨下基础结构的动力适应性,在系统回顾轨下基础结构分析发展历程的基础上,通过有限元数值积分方法,建立了遂渝线无砟轨道路基模型,分析了列车运行速度、轴重及基床表层弹性模量对基床表层动应力、竖向动位移和竖向加速度... 详细信息

为了解高速铁路轨下基础结构的动力适应性,在系统回顾轨下基础结构分析发展历程的基础上,通过有限元数值积分方法,建立了遂渝线无砟轨道路基模型,分析了列车运行速度、轴重及基床表层弹性模量对基床表层动应力、竖向动位移和竖向加速度等动力响应的影响规律,探讨了无砟轨道在列车轮载作用下的结构行为.研究表明:基床的结构性能直接影响轨下基础的结构状态,有必要加强轨下基础结构;新型轨下基础结构(如沥青混凝土整体道床)可以很好地满足无砟轨道结构和功能的要求,应作为重点研究方向之一.

关键词：高速铁路板式轨道有限元法动态响应

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集料形态特征对沥青混合料性能影响规律的研究进展

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材料导报 2022年第17期36卷 91-103页

作者：王凤肖月崔培德磨炼同方明镜武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉430070 东南大学交通学院南京211189 武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

集料是公路工程中需求量最大的原材料。宏观形状和微观纹理等形态特征,是工程集料最重要的物理性质之一,直接决定了沥青混合料骨架互锁结构和内摩擦力的传递路径与分布,对沥青混合料性能及其最终的路面服役行为影响显著。集料形态特征... 详细信息

集料是公路工程中需求量最大的原材料。宏观形状和微观纹理等形态特征,是工程集料最重要的物理性质之一,直接决定了沥青混合料骨架互锁结构和内摩擦力的传递路径与分布,对沥青混合料性能及其最终的路面服役行为影响显著。集料形态特征的精确表征对提升沥青混合料性能和路面服役状态及延长寿命意义重大。目前,表征集料形态特征的方法种类繁多,但缺乏系统的分类和比较。此外,集料的形态特征对沥青混合料性能的具体影响规律尚缺乏详细、完整的归纳和汇总。本文概述了当前国内外开展集料形态特征研究时采用的主要表征参数(以纵横比、矩形度、Form2D、球形度、针片状和形状因子为主的宏观形状特征,以棱角性、分形维数、微观纹理系数等为主的表面纹理特征)及其对应的测试-计算方法,并归纳了各形态特征参数的物理意义及其测试方法与适用条件等。同时,总结分析了集料宏观形状、细观棱角和微观纹理参数对沥青混合料性能的影响规律,并对目前用虚拟仿真计算集料形态与混合料性能进行了综述,以期为公路工程设计中集料的优选和沥青混合料的性能优化提供理论指导和设计参考。最后,针对未来对长寿命沥青路面及沥青混合料智能设计的高需求,对未来围绕沥青混合料中集料形态特征研究提出了展望。

关键词：沥青路面集料形态棱角性纹理路用性能抗滑性能

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客运专线无砟轨道路基面防水设计方案

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路基工程 2008年第5期 20-21页

作者：方明镜魏永幸邱延峻西南交通大学土木工程学院公路工程研究所四川成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司

综合路基面防水设计的国内外研究及应用现状,得出了热拌沥青混合料是路基面防水材料的首选。通过分析路基面防水层的功能要求,并参照公路、建筑、水工等其他工程领域的沥青混合料防水性能最新进展,归纳和分析了我国客运专线无砟轨道路... 详细信息

综合路基面防水设计的国内外研究及应用现状,得出了热拌沥青混合料是路基面防水材料的首选。通过分析路基面防水层的功能要求,并参照公路、建筑、水工等其他工程领域的沥青混合料防水性能最新进展,归纳和分析了我国客运专线无砟轨道路基面防水层混合料特性及指标设计方案。

关键词：客运专线无砟轨道路基防水层设计方案

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基于动态回弹模量的路基压实质量快速检测与评定方法

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交通科技 2022年第5期32卷 40-43,48页

作者：束冬林王建立方明镜安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司合肥230601 安徽省交通控股集团有限公司合肥230088 武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

传统方法对不同填料路基进行质量检测,存在检测时间长、破坏路基等问题,而快速无损检测是路基质量检测的趋势。文中基于刚性承载板下的动态加载回弹变形原理,研制一种路基动态回弹模量测试仪,并开展不同类型路基填料压实质量控制指标的... 详细信息

传统方法对不同填料路基进行质量检测,存在检测时间长、破坏路基等问题,而快速无损检测是路基质量检测的趋势。文中基于刚性承载板下的动态加载回弹变形原理,研制一种路基动态回弹模量测试仪,并开展不同类型路基填料压实质量控制指标的比对关系试验。在此基础上,建立填土路基动态回弹模量与压实度、土石混填和填石类路基动态回弹模量与沉降差之间的相关关系,采用“对应性原则”确定相应填料路基的动态回弹模量控制标准,并以此提出一种路基压实质量的快速检测与评定方法,实现路基施工过程压实质量的快速无损检测,现场测试结果表明本方法精度高、稳定性好、操作简便。

关键词：路基回弹模量压实质量对应性原则

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