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基于Jamming转变理论的沥青路面车辙演化机制

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哈尔滨工业大学学报 2024年第9期56卷 150-160页

作者：赵晓康张凯裴建中张久鹏计杰长安大学公路学院西安710064

沥青路面宏观车辙其实质是混合料细观结构演变的结果,为了深入理解路面车辙流变行为的发展过程,基于颗粒物质Jamming理论开展了沥青混合料车辙演化机制研究。采用图像处理技术构建了沥青混合料细观结构模型,基于时-温等效原理开展了车... 详细信息

沥青路面宏观车辙其实质是混合料细观结构演变的结果,为了深入理解路面车辙流变行为的发展过程,基于颗粒物质Jamming理论开展了沥青混合料车辙演化机制研究。采用图像处理技术构建了沥青混合料细观结构模型,基于时-温等效原理开展了车辙仿真测试,分析了车辙变形过程中混合料宏细观结构的变化特征,探究了沥青路面Unjamming转变行为的影响规律与车辙演化机制。结果表明:Jamming理论可以很好地解释沥青路面的车辙演变全过程,车辙深度与沥青混合料颗粒的堵塞程度密切相关;随着加载时间和作用荷载的增加,混合料Jamming堵塞程度增大,车辙深度和面积分数也逐渐增加,并最终趋于稳定,颗粒体系Jammed态的转变受到了沥青砂浆和集料骨架共同作用的影响;随着测试温度升高,试件内部颗粒位移和位移差增大,混合料Jamming堵塞程度降低。沥青路面颗粒体系由稳定的Jammed态转变为不稳定的Unjammed态,是诱导路面车辙和泛油病害发生的内因,研究结果实现了Jamming理论在非晶体系中的应用,为深入理解沥青混合料的车辙演变行为提供了一种新的研究思路。

关键词：道路工程车辙演化颗粒体系 Jamming转变细观结构

共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料抗弯性能试验

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复合材料学报 2024年第1期41卷 373-382页

作者：王春生张洋段兰长安大学公路学院西安710064

为探究共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料(UHPFRC)的抗弯力学性能,设计并测试了5组抗弯试件,包括3组纤维单掺型试件和2组纤维混杂型试件。结果表明:共聚甲醛纤维UHPFRC试件中,纤维体积掺量为2vol%时,UHPFRC试件具有更好的抗弯强度,平... 详细信息

为探究共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料(UHPFRC)的抗弯力学性能,设计并测试了5组抗弯试件,包括3组纤维单掺型试件和2组纤维混杂型试件。结果表明:共聚甲醛纤维UHPFRC试件中,纤维体积掺量为2vol%时,UHPFRC试件具有更好的抗弯强度,平均强度可达13.4 MPa;适量的共聚甲醛纤维可延缓UHPFRC基体的开裂,增强其裂前变形能力,5组试件中,2vol%共聚甲醛纤维UHPFRC试件的开裂挠度最大,可达0.65 mm;混杂纤维可更好地增强UHPFRC的抗弯强度和韧性,1.5vol%共聚甲醛纤维和1.5vol%钢纤维混掺时,UHPFRC试件抗弯强度可达13.9 MPa,同时该组试件的韧性最好。本文揭示了共聚甲醛纤维在UHPFRC抗弯力学性能方面的作用效果,对其在UHPFRC中的应用及UHPFRC的推广具有重要参考价值。

关键词：共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料抗弯性能纤维类型纤维掺量

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基于非均质模型的水稳碎石材料细观开裂行为

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1258-1266页

作者：赵晓康胡哲牛振兴张久鹏裴建中温永长安大学公路学院西安710064

本文采用离散元法(DEM)研究非均质水稳碎石(CSM)材料的细观开裂行为,基于Weibull材料随机场,建立了不同均质度水平的CSM细观断裂模型,通过虚拟半圆弯曲(SCB)试验模拟细观开裂过程,分析砂浆基体均质度的影响。结果表明:CSM裂纹沿着砂浆... 详细信息

本文采用离散元法(DEM)研究非均质水稳碎石(CSM)材料的细观开裂行为,基于Weibull材料随机场,建立了不同均质度水平的CSM细观断裂模型,通过虚拟半圆弯曲(SCB)试验模拟细观开裂过程,分析砂浆基体均质度的影响。结果表明:CSM裂纹沿着砂浆薄弱点和界面共同扩展,砂浆基体的断裂占主导地位。峰值强度和破坏形变随均质度的提高而增大,砂浆中少量的性能薄弱点有益于改善结构形变特性而提升其整体强度,适当均质度水平有助于CSM材料抗裂性能的发挥。

关键词：道路工程水泥稳定碎石细观非均质半圆弯曲试验离散元法

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钢-ECC/UHPC组合梁负弯矩区力学性能研究

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交通运输工程学报 2024年第1期24卷 218-231页

作者：武芳文左剑樊州贺润斌刘壮壮何岚清长安大学公路学院陕西西安710064

为改善钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂缺点,引入工程水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)代替普通混凝土(NC)形成钢-ECC/UHPC组合梁,展开了1片钢-NC组合梁、1片钢-ECC组合梁和2片钢-UHPC组合梁的负弯矩区静力试验;结合有限元... 详细信息

为改善钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂缺点,引入工程水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)代替普通混凝土(NC)形成钢-ECC/UHPC组合梁,展开了1片钢-NC组合梁、1片钢-ECC组合梁和2片钢-UHPC组合梁的负弯矩区静力试验;结合有限元分析方法对比了不同类型混凝土的应变、裂缝扩展与分布特点,分析了混凝土类型和配筋对钢-混组合梁破坏形态、承载能力与变形能力影响规律。研究结果表明:钢-混组合梁在负弯矩作用下整体协同工作性能良好,破坏形态均为弯曲破坏;ECC和UHPC裂缝呈现纤细的特点,ECC尤为明显;与钢-NC组合梁相比,钢-ECC组合梁和钢-UHPC组合梁的开裂荷载分别提高了2.00和2.75倍,抗弯刚度分别提高了17.23%和35.73%,抗弯承载力分别提高了9.00%和6.81%,表明UHPC抗裂能力更强,可以有效改善钢-混组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,ECC与UHPC代替NC可以提高钢-混组合梁的抗弯刚度和承载力;配筋与无筋钢-UHPC组合梁的开裂荷载和前期刚度无显著差异,无筋钢-UHPC组合梁破坏时形成贯通裂缝,其承载力相比配筋钢-UHPC组合梁下降了13.39%;ECC强度增加,钢-ECC组合梁承载力提高较显著,UHPC强度变化对钢-UHPC组合梁承载力影响不明显;配筋率对钢-UHPC组合梁承载力影响可分为2个阶段,当配筋率小于1.6%时承载力显著增长,当超过1.6%时承载力增幅趋缓。

关键词：桥梁工程钢-混组合梁模型试验负弯矩工程水泥基复合材料超高性能混凝土

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横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1092-1106页

作者：王佳佳陈效坤肖莉丽陈星潮陈浩李枝强长安大学公路学院陕西西安710000

山区桥梁基础不可避免地建立在陡坡上,不稳定斜坡变形或破坏将会对上覆桥跨结构安全造成严重威胁,亟需研究高效、可靠的力学模型。首先,对横坡段桥梁双桩双柱式结构划分不同特征段,分析其受力特性;其次,考虑桩土相互作用和桩顶变形协调... 详细信息

山区桥梁基础不可避免地建立在陡坡上,不稳定斜坡变形或破坏将会对上覆桥跨结构安全造成严重威胁,亟需研究高效、可靠的力学模型。首先,对横坡段桥梁双桩双柱式结构划分不同特征段,分析其受力特性;其次,考虑桩土相互作用和桩顶变形协调关系并引入边界条件,建立适用于横坡段桥梁双桩双柱式结构内力及位移的简化模型;第三,综合考虑P-Δ效应及盖/系梁对桩柱受力影响,引入相邻特征段满足的连续条件(即位移、转角、剪力及弯矩连续),建立挠曲微分方程并以MATLAB为平台编制相应计算程序,提出横坡段桥梁双桩双柱式结构基础内力及位移的幂级数解;最后,将模型结果与有限元计算结果对比,验证模型的可靠性。研究结果表明:本文提出的模型将桥墩与桩基础视为整体,对于多道系梁的结构分析该模型同样适用;模型考虑了横向联系对两桩轴向力和弯矩的分配,可获取横向联系中的横向力;模型不需要假设自由段剪力和迭代计算。随着剩余下滑力增大,结构各特征段前后桩位移和弯矩明显增加;横向联系对桩基位移及内力进行了重新分配,有较强的约束作用,能够较好地改善前后桩受力与变形情况。

关键词：横坡段桥梁双桩双柱结构受力特征幂级数解有限元分析

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考虑基质吸力影响的非饱和路堤三维稳定性上限分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 1014-1025页

作者：李林孙砖芹长安大学公路学院陕西西安710064

采用极限上限分析定理构建了路堤失稳的三维旋转破坏机构,继而根据Bishop非饱和土抗剪强度理论,考虑非饱路堤内部基质吸力的空间分布及其随地下水位的变化,建立了路堤破坏土体外力功率与内部能量耗散功率的能量守恒方程,并利用遗传算法... 详细信息

采用极限上限分析定理构建了路堤失稳的三维旋转破坏机构,继而根据Bishop非饱和土抗剪强度理论,考虑非饱路堤内部基质吸力的空间分布及其随地下水位的变化,建立了路堤破坏土体外力功率与内部能量耗散功率的能量守恒方程,并利用遗传算法编写了非饱和路堤最小上限解的高效搜索算法。通过将非饱和土路堤基底破坏模式退化为边坡破坏模式,并与现有非饱和土边坡稳定性计算结果对比,验证了所提上限解的正确性和遗传搜寻算法的准确性。进一步地,对路堤三维稳定性的关键影响因素展开了系统分析,研究了路堤填土孔径分布、基质吸力、进气值倒数、路堤倾角以及有效内摩擦角等因素对路堤三维稳定性的影响规律。研究表明,非饱和土质路堤的稳定性不仅取决于路堤填土性质,而且依赖于影响土体吸力大小与分布的填土孔径参数和进气值等因素。地下水位升降引起的基质吸力变化对路堤稳定性存在显著影响。研究结果为路堤稳定性精细化分析提供了重要的理论依据。

关键词：非饱和路堤基质吸力遗传算法三维稳定性上限分析

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地震及降雨作用下路堤边坡变形破坏特性研究

中国公路学报 2024年第6期37卷 76-86页

作者：徐佳伟蒋玮长安大学公路学院陕西西安710064

为了探究地震和降雨耦合作用下路堤边坡稳定性演化以及变形破坏特性,基于离心模型试验和有限元数值模拟方法,针对降雨、地震后降雨、考虑初始降雨的地震后降雨等不同工况下边坡渗流、变形及失稳破坏过程进行了研究,并将试验结果与模拟... 详细信息

为了探究地震和降雨耦合作用下路堤边坡稳定性演化以及变形破坏特性,基于离心模型试验和有限元数值模拟方法,针对降雨、地震后降雨、考虑初始降雨的地震后降雨等不同工况下边坡渗流、变形及失稳破坏过程进行了研究,并将试验结果与模拟结果进行对比,分析了地震动力荷载作用对路堤边坡变形的影响以及地震后降雨过程中路堤边坡孔压发展特点、变形演化规律与失稳破坏特征。研究结果表明:地震导致路堤边坡土体不连续变形以及表面张拉裂缝产生,滑移面上土体变形在下部最为明显和集中,且随着土体高度的增大而逐渐减小;与均质路堤边坡相比,含地震裂缝的路堤边坡在地震后降雨下,坡内孔压的发展更为迅速、增幅更大,且土体变形受地震裂缝的影响较大,主要沿着坡肩附近裂缝发展,而均质路堤边坡在降雨中的变形延伸至距离坡肩较远位置;前期降雨增湿作用造成路堤边坡土体饱和度增大和有效应力降低,地震作用下边坡变形明显,地震后降雨导致路堤边坡失稳启动时间提前且变形破坏更为迅速。

关键词：路基工程路堤边坡离心模型试验数值模拟分析变形破坏地震降雨

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钢-ECC组合梁高温冷却后受剪性能研究

建筑结构学报 2024年第2期45卷 38-51页

作者：武芳文买少轩崔璇吴健辉段钧淇长安大学公路学院陕西西安710064

为研究受热温度、冷却方式对钢-高延性水泥基材料(ECC)组合梁高温后受剪性能的影响,通过4根高温后钢-ECC组合梁和1根常温对比组合梁的静力加载试验,分析了钢-ECC组合梁在高温后的裂缝扩展规律、破坏模式、剩余承载力及变形。试验结果表... 详细信息

为研究受热温度、冷却方式对钢-高延性水泥基材料(ECC)组合梁高温后受剪性能的影响,通过4根高温后钢-ECC组合梁和1根常温对比组合梁的静力加载试验,分析了钢-ECC组合梁在高温后的裂缝扩展规律、破坏模式、剩余承载力及变形。试验结果表明:高温作用后,钢-ECC组合梁裂缝呈现多缝开裂、密集分布的特征,随温度升高,裂缝数量增多、宽度增大,湿水冷却后裂缝深度加深;钢-ECC组合梁在常温下及高温后的破坏形态均为剪切破坏,经历200℃高温后钢-ECC组合梁仍具有较好的延性,而当温度高于400℃时,采用湿水冷却后延性下降显著;高温后钢-ECC组合梁承载力降低,200℃内冷却方式对承载力影响较小,400℃时湿水冷却后承载力显著小于自然冷却的,自然冷却和湿水冷却后承载力分别降低8.7%、25.7%;冷却方式对钢-ECC组合梁初始抗剪刚度影响显著,湿水冷却后钢-ECC组合梁初始抗剪刚度提高,而自然冷却后降低。基于ABAQUS软件中瞬态热传导分析模块模拟钢-ECC组合梁的温度场,并采用塑性损伤模型对钢-ECC组合梁进行热-力耦合全过程分析,建立了有限元模型,经比较,模型的预测结果与试验得到的荷载-位移曲线吻合良好。进一步利用有限元模型开展参数分析,发现与自然冷却相比,钢-ECC组合梁湿水冷却后受剪承载力随翼板厚度及强度增加而增长的幅度较小。

关键词：钢-ECC组合梁静力试验受火试验有限元分析受剪性能

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碳氢火灾下钢桁-混凝土组合梁耐火试验研究

建筑结构学报 2024年第3期45卷 160-173页

作者：汤陈皓张岗李徐阳陆泽磊宋超杰王世超长安大学公路学院陕西西安710064

为研究钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能,开展了三榀简支下承式钢桁-混凝土组合模型梁的碳氢火灾试验。采集测点的时变温度,获得模型梁的温度场和传热模式;分析关键断面挠度变化规律和模型梁的破坏模式,揭示热-力耦合作用下的结构响... 详细信息

为研究钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能,开展了三榀简支下承式钢桁-混凝土组合模型梁的碳氢火灾试验。采集测点的时变温度,获得模型梁的温度场和传热模式;分析关键断面挠度变化规律和模型梁的破坏模式,揭示热-力耦合作用下的结构响应和破坏机理。研究结果表明:热-力耦合作用会使混凝土桥面板产生大量裂缝,并从中释放水蒸气,在裂缝较少的区域则会出现由于混凝土内部水蒸气压力过大导致的混凝土爆裂现象;混凝土板的隔火作用会使模型梁的温度场呈现出显著的分层现象,并在主桁斜杆高度方向上引起显著的温度梯度效应;横、纵梁下翼板会阻隔部分火焰,形成热辐射盲区,呈现出干扰式传热效应;模型梁的挠度历程可分为初增、缓增和急增3个阶段,当跨中挠度达到L/28后,难以持荷,可认为模型梁达到极限状态,表现为大挠度破坏;当外荷载水平降低10%、模型梁桁架高度增大25%时,分别可将耐火时间提高44.7%和33.3%。建立了经耐火试验验证的热-力-结构耦合数值分析模型,提出了针对钢桁-混凝土组合梁的四阶段损伤-破坏路径及其特征。

关键词：钢桁-混凝土组合梁碳氢火灾耐火试验数值模拟耐火性能