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机场水泥道面板通常会在接缝设置传力杆,使相邻两块板协同受力,减小道面板的变形和板底的弯拉应力,从而提高水泥道面使用寿命。而道面板在实际使用过程中,通常在达到设计使用寿命之前就会出现病害,且通常发生在接缝位置,导致接缝传荷能力的下降。传统学术研究较多关注传力杆直径、传力杆布设间距、接缝宽度等因素对接缝传荷能力的影响,而忽略传力杆的变形和杆周混凝土的损伤。本文首先通过完整道面三维有限元模型计算温度-荷载耦合作用时传力杆周围裹附混凝土的力学响应,然后依托子结构试验和有限元模型,掌握传力杆位移变化规律以及传力杆周围裹附混凝土的力学行为和损伤发展规律,分析传力杆的失效行为。主要研究内容和成果如下:
(1)完整道面三维有限元模型中施加荷载为B737-800主起落架单轮荷载,以最大拉应力为指标,当荷载作用于纵缝板角时为最不利荷位;然后对模型施加不同的温度工况,发现杆周混凝土与传力杆的胀缩变形差和板内温度梯度分别对传力杆固定端和滑动端的混凝土应力影响较大;最后对温度-荷载耦合作用的有限元模型进行计算,发现耦合作用时的应力最大值产生位置与荷载单独作用时基本相同。
(2)根据试验结果可知,加载距离的增大和传力杆直径的减小均使结构的极限承载能力减弱;通过子结构位移传感器的数据,发现越靠近界面的传力杆位移变化越大;分析应变片试验数据,界面处传力杆两侧混凝土产生受拉破坏,底部混凝土主要产生受压破坏;再结合子结构极限加载有限元模型,了解传力杆两侧的混凝土主要为受拉损伤,底部混凝土主要为受压损伤。
(3)通过不同级位荷载的子结构疲劳加载试验,得到传力杆结构的S-N曲线,并对结构进行不同加载距离的疲劳加载,发现加载距离越大,结构更易产生疲劳破坏;然后分析了传力杆位移随荷载作用次数的关系,发现结构未破坏时,传力杆位移随加载次数呈现对数变化;最后分析了疲劳加载时传力杆失效模型,发现传力杆疲劳破坏时,既有传力杆与杆周混凝土粘结性能的失效,也有杆周混凝土材料的破坏。
本文的研究成果对机场水泥混凝土道面接缝传力杆失效行为研究有一定的参考价值。
(1)完整道面三维有限元模型中施加荷载为B737-800主起落架单轮荷载,以最大拉应力为指标,当荷载作用于纵缝板角时为最不利荷位;然后对模型施加不同的温度工况,发现杆周混凝土与传力杆的胀缩变形差和板内温度梯度分别对传力杆固定端和滑动端的混凝土应力影响较大;最后对温度-荷载耦合作用的有限元模型进行计算,发现耦合作用时的应力最大值产生位置与荷载单独作用时基本相同。
(2)根据试验结果可知,加载距离的增大和传力杆直径的减小均使结构的极限承载能力减弱;通过子结构位移传感器的数据,发现越靠近界面的传力杆位移变化越大;分析应变片试验数据,界面处传力杆两侧混凝土产生受拉破坏,底部混凝土主要产生受压破坏;再结合子结构极限加载有限元模型,了解传力杆两侧的混凝土主要为受拉损伤,底部混凝土主要为受压损伤。
(3)通过不同级位荷载的子结构疲劳加载试验,得到传力杆结构的S-N曲线,并对结构进行不同加载距离的疲劳加载,发现加载距离越大,结构更易产生疲劳破坏;然后分析了传力杆位移随荷载作用次数的关系,发现结构未破坏时,传力杆位移随加载次数呈现对数变化;最后分析了疲劳加载时传力杆失效模型,发现传力杆疲劳破坏时,既有传力杆与杆周混凝土粘结性能的失效,也有杆周混凝土材料的破坏。
本文的研究成果对机场水泥混凝土道面接缝传力杆失效行为研究有一定的参考价值。