抗裂分析范文（精选12篇）
抗裂分析 第1篇
我国已建成的高速公路中,沥青路面占90%以上,并且几乎都采用半刚性基层。半刚性基层具有良好的整体稳定性和耐久性、较高的强度与承载力。但是目前的使用实践表明,半刚性基层反射裂缝一直是道路建设要解决的难题之一。采用具有严格级配要求和一定厚度的沥青稳定碎石作为柔性上基层,半刚性材料作为下基层的上柔下刚式“复合结构层”,能够在很大程度上防止和减少半刚性基层反射裂缝。
理解复合基层结构防止和减缓反射裂缝的机理主要从以下两个方面来分析:
1 沥青稳定碎石基层材料本身特性及特殊受力情况阻碍裂缝传播
半刚性基层干温缩裂缝及干温缩拉应力是导致半刚性基层沥青路面产生反射裂缝的根本原因。当上基层设有沥青稳定碎石时,半刚性下基层即使存在干干温缩裂缝及干温缩拉应力,沥青碎石混合料的大粒径矿料多、沥青含量少、空隙率大的空隙结构,也可有效地阻断裂缝尖端的扩展路径,削弱拉应力、拉应变的传递能力,并且能消散、吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的荷载应力和温度应力,减小的应力集中现象,从而延缓反射裂缝向上扩展的速度。当设有沥青稳定碎石基层时,虽然半刚性下基层存在干温缩裂缝及拉应力,沥青稳定碎石基层所具有的较大的塑性变形能力,也能使基层裂纹释放的应变能得到充分吸收,从而阻碍半刚性基层裂纹向上扩展。事实上,半刚性基层置于沥青稳定碎石之下的设计,会使半刚性基层产生的裂缝变得极细极小。裂缝的减小会引发一系列的连锁反应,即:拉应力减小,因而其裂纹释放的功也变小,向上传播的功将会变得更小。
2 沥青稳定碎石基层大大消除下卧半刚性基层干温缩裂的发生
导致半刚性基层干温缩裂的直接原因是基层温度及含水量变化。通常可采用干缩、温缩抗裂系数来评价:
式中:[T],[w]———半刚性基层温缩、干缩抗裂系数;
εm———半刚性基层材料平均温缩系数(με);
at(℃)———半刚性基层材料平均温缩系数(με/℃);
(%)———半刚性基层材料平均干缩系数(με/△w)。
半刚性基层沥青路面(尤其面层较薄)的反射裂缝在很大程度上是由干、温缩裂引起的。沥青稳定碎石基层的应用,会使半刚性下基层的温湿状况得到明显改善,进而大大降低半刚性下基层本身的温缩和干缩的程度。
沥青稳定碎石之所以能够有效防止和减缓半刚性基层反射裂缝,原因主要以下三点:(1)沥青路面反射裂缝的产生主要源于温度应力。沥青稳定碎石基层的厚度一般为8~14cm,该层所具有的隔离作用,会使半刚性基层的温度状况得到很大改善,从而减少温度梯度对路面的影响度,从根本上减轻半刚性基层的温缩,减少反射裂缝。(2)沥青稳定碎石基层对调整半刚性基层的湿度状况同样起很大作用。由水分蒸发所引起的吸附水作用、层间水作用、分子间引力作用及毛细管张力作用,是导致半刚性基层材料干燥收缩,进而发展成整体收缩的主要原因。而地下水、路基两侧地面水、路表面水及外界气温、湿度变化是促使半刚性基层和土基水分变迁的主要因素。沥青稳定碎石基层的设置,会使水分更难以从路表面进入半刚性基层,而半刚性基层水分的蒸发也会变得更加困难。此外半刚性基层的进一步下置,会降低半刚性基层本身温度的变化,同时因地下水和路基两侧水位变化引起的基层含水量变化也比置于上部有利,因而设置柔性上基层也有利于减小半刚性下基层干缩。
3 小结
综上所述,若想防止和减少半刚性基层反射裂缝的程度,采取一定厚度的沥青稳定碎石与半刚性材料相结合的“复合基层”的方法是非常有效的途径之一。另外,沥青稳定碎石还可以充当基层,发挥其独特的排水功能。
到目前为止,将沥青稳定碎石应用于半刚性基层与沥青面层之间的中间层的案例在国内还比较罕见。然而,以美国、加拿大和南非为代表的发达国家在减少沥青路面反射裂缝方面的研究与应用已经取得了较好的成果。
摘要：针对沥青路面半刚性基层反射裂缝的问题,提出复合基层路面结构,通过抗裂机理分析,得出在防止反射裂缝性能方面,沥青路面复合基层结构远优于半刚性基层。
关键词：沥青路面,复合基层,半刚性基层,抗裂
参考文献
[1]程英伟,汤捷.高等级公路半刚性基层沥青路面开裂的机理分析及防治[J].公路交通科技,2004.12.
[2]杨涛.半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生机理及其防治措施[D].武汉理工大学硕士论文,2005.1.
[3]邓有左.半刚性基层沥青路面开裂原因及防治措施[J].公路,2001.6.
抗裂分析 第2篇
工艺标准
一、适用范围
本工艺标准适用于民用建筑。
二、施工前准备及作业条件
1）、了解设计要求达到的保温节能标准，施工程序和施工规范，制定施工计划和措施。2）、组织准备：根据该工程的工程量及进度要求，组织好施工队伍，并对施工人员技术交底，明确工艺操作要求，验收规范，安全措施。
3）、材料工具准备：按设计要求备好材料，备好常用工具（水桶、壁纸刀、铁锨、扫帚、手锤、錾子、方尺、拖线板、探针、钢尺、剪刀等）。
4）、墙面上的各种预埋件，穿墙管道，落水管等应预先安装处理完毕。落水管卡在保护层施工完后安装。
5）、基层墙体经主体工程验收达到质量标准要求。
6）、基层表面应将表面浮灰、油污等清理干净,大于10mm的凸出物应剔除铲平。7）、内墙面上的门窗框、设备穿墙管道,内墙内侧墙面管线、槽盒等应提前安装完毕,并预备出保温层的厚度。
8）、夏季施工应避免阳光暴晒。
9）保温砂浆施工构造要求。1、1-2mm界面砂浆作界面处理。2、20mm胶粉玻化微珠颗粒保温隔热层 3、2-3mm抗裂防护层（抗裂砂浆、耐碱网格布）
三、工艺流程
玻化微珠保温砂浆外墙内保温工程的工艺流程为：
基层墙体处理→吊垂直、套方、弹控制线→用保温材料做灰饼、作口→抹第一遍保温砂浆12小时后抹第二遍保温砂浆平整度、垂直度验收，晾置干燥，并产生强度→抹第一遍抗裂砂浆厚2.5mm→铺压耐碱网格布→抹第二遍抗裂砂浆厚0.5mm→抗裂防护层验收→保温施工整体验收
四、施工要点
1.界面剂处理：界面剂采用喷浆工艺。界面剂施工前，先用钢丝刷清除基层墙面浮灰、油渍等, 对于混凝土墙体和砌筑填充墙体应满涂界面砂浆，再用软刷清扫干净。在喷浆前一天浇水湿润。要求是内部潮湿，外部风干。配合比：界面砂浆：水=1：0.23（重量比）采用高压气泵喷浆，有一定的压力（4mpa）才能使喷出的浆或均匀的颗粒，颗粒的大小和分布的密度必须均匀。墙面上看不见有局部的空隙为佳。施工完毕后（24h）进行浇水养护，面层保持潮湿三天。
2.吊垂直、套方、弹抹灰厚度控制线：根据保温层厚度要求做灰饼。3.做灰饼：用稍干的玻化微珠保温砂浆做灰饼。
4.抹保温砂浆：保温砂浆应在界面砂浆干燥固化后分二遍成活。用配好的保温抹灰砂浆压抹,抹灰厚度为10mm左右,使砂浆均匀密实覆盖墙壁面。保温砂浆抹上墙与墙粘住后，不宜反复赶压。抹灰总厚度为20mm时，应分两次抹涂，每次厚度为10mm左右。待上一遍抹灰硬化后即可进行下一遍抹灰。最后一遍抹灰厚度应达到灰饼的厚度，用大杠搓平。门窗、洞口垂直度、平整度达到规范规定要求后，再在表面进行找平压实。
5.保温层验收：抹完保温层后，用检测工具进行检查。保温层应垂直、平整、阴阳角方正、顺直，对不符合要求的墙面，应进行修补。
6.抹抗裂砂浆同时压入玻纤网布：抹抗裂层必须在保温层充分固化后，有一定强度后进行，一般在晾制7d后或用手按不动表面的情况需下进行。抹第一遍抗裂砂浆，用铁抹子在保温层上抹抗裂砂浆，厚度要求2.5mm，不得漏抹，在刚抹好的砂浆上用铁抹子压入裁好的耐碱网布，要求耐碱网布竖向铺贴并全部压入抗裂砂浆内。耐碱网布不得有干贴现象，粘贴饱满度应达到100%，搭接宽度不应小于50mm，严禁干茬搭接。阴阳角处理：阴角处网格布要压茬搭接，其宽度≥150mm，阴角处压茬搭接，其宽度≥150mm，网格布铺贴时要平整，无皱褶，同时抹平，拽直，保持阴阳角处的方正和垂直度。第二遍抗裂砂浆施工：待前一遍抗裂砂浆表面修水后，在已固定好的玻纤网的抗裂砂浆层面上，满批抗裂砂浆一遍，厚度控制在0.5mm；覆盖玻纤网表面，抗裂砂浆的总厚度3mm为宜。7．施工注意事项：操作地点环境最低温度不低于5度，风力不大于6级，雨天不能施工。保温砂浆和抗裂砂浆必须由专业厂家严格按照专业配方配制好的袋装材料，施工时 按照要求加水搅拌，不需添加任何外加剂，配制好的砂浆要即时用完。采用机械搅拌方法（不得强制性搅拌）确保搅拌时间，保证施工质量。施工现场唯一需要加入的就是水，必须严格控制对水的计量，确保水灰比正确。产品运到工地致意防水、防潮贮存期为3个月。施工完毕后应注意成品保护，强面避免磕碰及水冲浸泡，并保持室内通风干燥，冬季施工注意防冻。每次施工完毕后，要及时清洗施工工具和搅拌器材，以免影响下次使用。
五、质量验收标准：
1、《建筑节能工程哦施工质量验收规范》GB50411-2007
2、《建筑保温砂浆标准》GB/T200473-2006
六、成品保护
1.门窗筐、管道、槽盒上残存砂浆，应及时清理干净。
2.玻化微珠保温砂浆在凝结前应防止快干、水冲、撞击、振动和防晒。3.严禁使用过时灰。
4.各抹灰层硬化前禁止水冲浸泡、撞击、和挤压。5.施工人员应遵守安全规程。施工人员应经过培训上岗。
七、施工质量保证体系
建立一个强有力的质量保证组织机构，定期开展质量统计分析，掌握工程质量动态。全面控制各分部分项工程质量，并严格执行相关的国家规范、标准，按施工图和设计要求进行施工。
1．建立由项目经理直接负责，技术负责人现场指导，质检员现场监督，班组自检，互检的质量保证体系。
2．建立全员质量意识，贯彻谁管生产，谁管质量，谁管施工，谁负责施工，谁负责质量，谁负责操作的原则，实行工程质量负责制制度。
3．严格按照设计要求采购合格材料并进行检验，加强施工机械设备检修，完善作业条件的准备工作。4．建立有效的质量管理体系，进行施工技术交底，严格执照设计图纸和规范、规程施工，除强调操作工人做好自检工作，另外备专职质量员，以利于及时发现问题并及时处理。
5．施工过程中严格按施工工艺和质量要求进行，每分部分项工程完工后均应进行验收，不合格的坚决做到整改完善，并经复验达优良方可进行下道工序施工。
6．实行作业人员互检，自检，班组复检，项目部抽查的原则。7．杜绝不合格项进人下道工序。
抗裂分析 第3篇
【摘 要】 在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用。
【关键词】 纤维；沥青路面；封层 ；抗裂性能
Analysis of fiber reinforced asphalt pavement sealing layer formation mechanism of crack resistance
Jia Fu-tang
(Pingdingshan Highway Administration Central Laboratory Pingdingshan Henan 467000)
【Abstract】 In the seal layer of the asphalt fibers, the interlocking engagement of the fibers to improve the cracking section of the shear load transfer capability, the presence of the tip of the fiber the fiber stress crack sealing layer surface is reduced, effectively prevent further crack propagation . Meanwhile, the fiber sealing layer can reduce the crack tip stress crack resistance play a role in improving road durability, permeability, abrasion resistance and other properties play a positive role.
【Key words】 Fiber;Asphalt pavement;Sealing layer;Crack resistance
1. 引言
（1）纤维增强沥青封层技术是指采用纤维封层核心设备同时洒（撒）布沥青粘结料和玻璃纤维，然后在上面洒布碎石经碾压后形成新的表面磨耗层或者应力吸收中间层，是一种新型道路预防性养护技术［1］。按层位功能分，纤维沥青碎石封层可分为上封层（表面磨耗层）和下封层（应力吸收层），其结构图如图1所示。
〖TPE:中华建设图14年6月郏付堂1.TIF，BP#〗〖TS(〗图1 纤维增强封层示意图〖TS)〗
（2）纤维沥青层是沥青纤维增强封层抗裂性能的主要贡献者，它是一种以沥青为基本相，短纤维为增强相的复合材料［2］，短纤维随机分布于沥青层中，相互搭接构成网状增强体，对其路用性能起到了极大地改善作用，研究纤维增强沥青封层的抗裂性，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，而且有效的改善了路面的服务功能，适用于提高原有沥青路面的耐久性、防水性能、抗滑性能以及车辙、平整度的修复工作。
2. 裂纹的基本类型
（1）在线弹性断裂力学中，根据裂纹受荷载作用及裂纹变形情况，可将裂纹分为三种基本类型［3］，即I型、II型和III型，如图2所示。
（2）I型裂纹即为张开型裂纹，指裂纹受垂直于裂纹面的拉应力作用，裂纹面相对张开。
（3）II型裂纹即为滑开型裂纹，指裂纹受平行于裂纹面而垂直于裂纹尖前缘线的剪应力作用，裂纹上下两表面沿x轴相对滑开。
（4）III型裂纹即为撕开型裂纹，指裂纹受既平行于裂纹面又平行于裂纹尖前缘线的剪应力作用，裂纹上下两表面沿z轴相对错开。
3. 裂缝的形成扩展机理分析
按照裂缝的类型分析了裂缝的主要形成机理，为有针对性的分析纤维封层的抗裂机理提供了理论基础。
(l)纵向裂缝。
纵向裂缝产生的原因有多种可能性，主要有：由于路基填土压实或两侧密实度不均和路基边缘受水浸蚀，导致路基不均匀沉降和承载力不足形成裂缝；沥青含腊量偏高，延度偏于下限，油层抗拉强度低，长期在行车荷载作用下形成纵向裂缝，填土含水量偏大，在冻胀作用下形成裂缝。
(2)横向裂缝。
由于路基土体的不均匀沉降引起的横向裂缝，低温收缩或半刚性基层收缩是产生横向温度裂缝的主要原因；沥青路面低温抗裂性能的好坏，关键是沥青材料本身直接影响到沥青混合料的低温抗裂性。面层的表面开裂后，就会在裂缝尖端产生应力集中，使其继续向下发展并贯穿整个沥青面层。
(3)反射裂缝。
反射裂缝产生的基本机理是沥青面层受到交通荷载和温度联合或单独作用产生受拉疲劳和剪切疲劳。由于温度变化引起的混凝土板伸缩和交通荷载驶过接缝或裂缝，在缝端附近的沥青混凝土材料内产生应力集中，而接缝或裂缝处不能很好地传递拉应力或剪应力，导致反射裂缝的产生和发展。根据断裂力学原理可分为：温度应力对应着张开模式(I型)，行车荷载对应着张开和剪切模式(I和II型)混合型。
(4)龟裂。
龟裂、不规则裂缝的形成主要是路面整体强度不足，沥青路面老化，在行车荷载的作用下形成的；另外，基层排水不良，低温时沥青混合料变硬或变脆，也能造成龟裂。
(5)滑移裂缝。
滑移裂缝产生的典型原因是层间的豁结性能不好，滑移裂缝最常发生在车辆刹车、转弯或加速的位置，在城市道路的交叉口路段经常可以观察到滑移裂缝。
4. 纤维封层阻裂机理分析
由纤维封层施工工艺知，纤维夹在两层乳化沥青层之间，并且从纤维封层的拉拔试验的层间破坏状态显示，纤维封层成型后，纤维完全在纤维封层之下；针对纤维夹层的位置和上述介绍的裂缝形成的机理，将裂纹扩展分为沥青面层表面和反射裂缝开裂后的裂纹两种扩展方式来介绍纤维封层的阻裂机理。
4.1 沥青面层表面开裂后的裂纹扩展。
（1）沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂［4］。由于纤维封层的成型厚度较薄，通过测量的试验路面的平均厚度为4mm，原路面的刚度较大，在负温度梯度作用下，原路面也会产生超过本身材料的抗拉强度的拉应力而使原路面面层开裂。这种裂缝的存在也会促使纤维封层表面裂缝的发展。
（2）纤维封层由于较薄，可以看作纤维夹在碎石之间，按照冷拌沥青混合料理解。纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。另外，按照复合材料科学原理［5］，纤维的增韧作用与纤维本身的强度和韧性没有任何的关系，而来自于纤维与基体材料因材料性质差异在纤维和基体界面附近形成的残余应力应变场及显微裂纹。这种残余应力应变场要么来自纤维和基体材料因热膨胀系数的巨大差异，要么是因为纤维在某一温度下相变而产生膨胀。残余应力应变场可以抵消部分外加荷载，从而降低宏观裂纹扩展时裂纹尖端的应力；残余应力场在纤维和基体界面处产生的显微裂纹将部分释放材料中的应变而使裂纹区中存在残余应变，在宏观裂纹扩展后，其尾区的残余应变将降低裂纹尖端的应力；由于形成显微裂纹，显微裂纹周围材料的弹性模量降低而成为软化材料，它也有助于降低宏观裂纹扩展时裂纹尖端的应力。从而阻止裂纹的进一步的发展。
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4.2 反射裂纹的扩展。
目前用土工织布、玻璃纤维格栅等土工加筋材料防止反射裂缝，它们的受力变形实质上是一种复合材料中增强相的行为，应具有较强的界面特性［6］。这种界面特性体现在土工加筋材料与填料之间的力与变形的相互关系。针对原路面的网裂较严重现象分析纤维封层阻止反射裂缝扩展的机理。纤维封层施工时，撒铺纤维之前先撒铺一层乳化沥青，增强的纤维和纤维封层与路面的结合，能改善裂缝处拉应力的集中，即使纤维与路面联结不好，此时纤维的张力较大，因荷载的复合效应，纤维仍能降低裂缝尖端的应力。有研究表明［7］，铺设纤维等土工筋材还能增大裂缝的扩展角，即是延长裂缝扩展路径和裂缝发展的时间，因此纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用。沥青混合料路面层间加铺玻璃纤维格栅能有效的阻止反射裂缝的扩展，纤维封层中的纤维也能起到这样的效果。
5. 结论
沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂。研究表明，在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，是一种值得推广的新型沥青路面施工技术。
参考文献
［1］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.
［2］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），2005(5).
［3］ 陈华鑫， 张争奇. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).
［4］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.
［5］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.5.
［6］ 毛成.沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究:(博士学位论文).成都:西南交通大学，2004.3.
［7］ 郑健龙，周志刚.沥青路面抗裂设计理论与方法.北京:人民交通出版社，2003.
［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。
［文章编号］1619-2737（2014）06-05-819
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4.2 反射裂纹的扩展。
目前用土工织布、玻璃纤维格栅等土工加筋材料防止反射裂缝，它们的受力变形实质上是一种复合材料中增强相的行为，应具有较强的界面特性［6］。这种界面特性体现在土工加筋材料与填料之间的力与变形的相互关系。针对原路面的网裂较严重现象分析纤维封层阻止反射裂缝扩展的机理。纤维封层施工时，撒铺纤维之前先撒铺一层乳化沥青，增强的纤维和纤维封层与路面的结合，能改善裂缝处拉应力的集中，即使纤维与路面联结不好，此时纤维的张力较大，因荷载的复合效应，纤维仍能降低裂缝尖端的应力。有研究表明［7］，铺设纤维等土工筋材还能增大裂缝的扩展角，即是延长裂缝扩展路径和裂缝发展的时间，因此纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用。沥青混合料路面层间加铺玻璃纤维格栅能有效的阻止反射裂缝的扩展，纤维封层中的纤维也能起到这样的效果。
5. 结论
沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂。研究表明，在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，是一种值得推广的新型沥青路面施工技术。
参考文献
［1］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.
［2］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），2005(5).
［3］ 陈华鑫， 张争奇. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).
［4］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.
［5］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.5.
［6］ 毛成.沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究:(博士学位论文).成都:西南交通大学，2004.3.
［7］ 郑健龙，周志刚.沥青路面抗裂设计理论与方法.北京:人民交通出版社，2003.
［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。
［文章编号］1619-2737（2014）06-05-819
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4.2 反射裂纹的扩展。
目前用土工织布、玻璃纤维格栅等土工加筋材料防止反射裂缝，它们的受力变形实质上是一种复合材料中增强相的行为，应具有较强的界面特性［6］。这种界面特性体现在土工加筋材料与填料之间的力与变形的相互关系。针对原路面的网裂较严重现象分析纤维封层阻止反射裂缝扩展的机理。纤维封层施工时，撒铺纤维之前先撒铺一层乳化沥青，增强的纤维和纤维封层与路面的结合，能改善裂缝处拉应力的集中，即使纤维与路面联结不好，此时纤维的张力较大，因荷载的复合效应，纤维仍能降低裂缝尖端的应力。有研究表明［7］，铺设纤维等土工筋材还能增大裂缝的扩展角，即是延长裂缝扩展路径和裂缝发展的时间，因此纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用。沥青混合料路面层间加铺玻璃纤维格栅能有效的阻止反射裂缝的扩展，纤维封层中的纤维也能起到这样的效果。
5. 结论
沥青路面开裂以后，不论在交通荷载或负温度梯度作用下，裂纹均可能向路面深度扩展，并且在路面的裂纹的缝端会产生很大的拉应力和剪应力集中，其完全可能超过材料的抗拉强度而使路面继续开裂。研究表明，在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用，是一种值得推广的新型沥青路面施工技术。
参考文献
［1］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.
［2］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），2005(5).
［3］ 陈华鑫， 张争奇. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).
［4］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.
［5］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.5.
［6］ 毛成.沥青路面裂纹形成机理及扩展行为研究:(博士学位论文).成都:西南交通大学，2004.3.
［7］ 郑健龙，周志刚.沥青路面抗裂设计理论与方法.北京:人民交通出版社，2003.
［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。
［文章编号］1619-2737（2014）06-05-819
填充墙在水平地震作用下的抗裂分析 第4篇
本文就填充墙在常遇地震中受水平地震力的作用防止开裂做一些理论分析。事实证明:作为非结构构件存在的填充墙,由于其自身的性质,参与了框架建筑的整体受力,在竖向承重和抗侧力方面都起到了一定的作用[2]。所以水平地震力作用可以引起填充墙的开裂,而这种裂缝是可以通过设计来加以控制的。
本文对填充墙框架结构在弹性状态时填充墙的受力进行理论计算,将其控制在容许范围内。
1 模型建立
本文采用如图1所示的模型,采用单项水平集中力作用近似水平地震作用,填充墙与砌体间没有任何连接。在弹性状态下可以采用以下分析假定:第一,忽略框架非受力侧柱对填充墙的作用;第二,框架梁柱节点为刚性节点;第三,墙体与框架间无缝隙,且设墙体为各项同性材料;第四,忽略框架梁与墙体的摩擦力。
在如图1所示的模型中,当忽略框架柱1的作用时,填充墙开裂即由填充墙在右侧没有任何约束的情况下的抗裂强度控制,而该模型1中填充墙的砌体在图2中所示的力的作用下承受剪力、压力和弯矩共同作用。在如图2所示的受力状况下,填充墙体所受的整体弯矩作用的最大处为受水平力作用一侧的最下角处。其抗裂强度即为填充砌体在剪压共同作用下的抗剪强度[4]:
V≤(fv+αμσ0)A。
其中,V为截面剪力设计值;A为水平截面面积,当有孔洞时,取净截面面积;fv为砌体的抗剪强度设计值;α为修正系数,参见文献取用;μ为剪压复合受力影响系数,当永久荷载分项系
数γG=1.2时,
2 受力分析
在如图1所示模型的受力作用下,填充墙的受力状态如图2所示[4]。
为方便分析,将其受力状态简化,见图3。
3 填充墙所能承担的最大剪力计算
由上图及砌体抗剪强度公式可得:
V′max/A=fv+αμσ0。
其中,V′max为填充墙受力侧上角部所承受的最大剪力;A为受剪面积,考虑分析选用同时受剪压共同作用最大的区域,没有压力作用的区域剪应力的分布较少,故取A=Lb/3作为计算截面积;
代入上式得:
整理得:
解得:
因为
得:
因为在将图2转化为图3的时候,将三角形剪力荷载等效为集中剪力荷载,其最大值有所增加。另外由于本分析可能在受力方面考虑有所不周,在增加的基础上再予以一定的折减,综合考虑,最终取Vmax=1.2V′max。
故填充墙在剪、压共同作用下,不发生裂缝所能承受的最大剪力为Vmax。但当填充墙宽高比Lw/Hw≥3时(假设力在墙体中沿45°角扩散),则墙体中会出现纯压区域和纯剪区域,如图4所示。但在实际工程中Lw/Hw≥3的情况较少,故这里不对其进行讨论。
4 结语
本文通过对填充墙受力的分析,得出剪压共同作用的砌体抗剪强度是填充墙在水平力作用下抗裂的主要控制因素。并在此基础上通过理论计算,得出在保持填充墙为弹性状态时框架填充墙结构所能承担的最大层间剪力的计算公式。
摘要：对填充墙在水平地震力作用下的抗裂应力进行了分析,从理论上分析了填充墙开裂的控制因素,通过一系列的计算假定和理论计算,得出了填充墙在剪压共同作用下的抗剪强度是抗裂的主要控制因素,并求得该抗剪强度的计算公式。
关键词：填充墙,水平地震力,抗裂分析
参考文献
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[3]李军,瞿万波,明章毅.填充墙裂缝形成机制与控制措施[J].山西建筑,2008,34(15):106-107.
[4]刘立新.砌体结构[M].第2版.武汉:武汉理工大学出版社,2003:41-42.
抗裂分析 第5篇
摘要：建筑施工技术作为建筑施工的重要组成部分，混凝土因其综合施工性能优越而在许多的建筑工程中发挥着无可替代的作用。混凝土裂性差直接影响到混凝土施工工程的质量安全和使用寿命，是我们相关技术人员面临的重要混凝土技术问题。
关键词：建筑施工;混凝土;抗裂性;产生原因;防治对策
混凝土技术在建筑施工中的重要地位是不容置疑的，但是裂缝的出现一直是混凝土工程不可避免而又危害甚大的问题，是我们工程技术人员密切关注的重点课题。只有分析找出混凝土裂缝产生的原因并有针对性地提出防止对策，才能从根本上提高混凝土的抗裂性，保证工程整体的质量安全。
1.混凝土裂缝产生原因
从结构组成上来分析，混凝土并不是一种单一物质构成的，而是混合材料，主要包括有砂石、水分、固定气体和一些添加剂。在成型过程中极易受到外界因素如温度、气候、湿度、压力和内部因素如水泥膨胀造成的应力影响而发生形变。一旦这种形变超出了混凝土水泥自身的承压范围就会对混凝土造成拉伸或弯曲作用力，使其表面产生细小裂缝;如果不及时对这些细小裂缝进行填补处理，在工程后期就会受到各种因素影响而逐渐扩大、相连，最终形成较大的可见裂缝，严重影响工程质量安全，甚至造成毁灭性后果。
混凝土裂缝产生的原因除了上述自身物理作用因素和外界自然环境因素之外，还有很大一部分是由于人为因素而产生的。设计人员参照标准有误致使方案中混凝土用量和配比有错;施工人员不按照规定要求的施工方法进行规范化施工;混凝土后期养护维修工作不到位;建筑物受到水土沉降的作用;混凝土成型后运输和储藏方式不当、地点不对都在很大程度上导致混凝土裂缝的产生。
2.防治混凝土裂缝的有效对策
2.1混凝土原材料质量与配比控制
在建筑工程中，混凝土的抗裂性主要是由其原材料来决定。只有控制对了混凝土原材料的质量和配比，才能从根本上确保混凝土部件整体抗裂性能。作为最有效的裂缝防治措施，对混凝土原材料质量和配比的控制工作要全程狠抓，在选择材料时要考虑到工程实地情况选用最适合施工当地的原材料，同时对其质量进行全面检查，一旦发现质量不达标的.材料坚决不准许进入施工现场，要求退换，绝不姑息;在混凝土原材料配比阶段时，要严格按照施工方案要求进行合理的配比，不能有任何马虎，对于一些小细节更是重点关注，对每一种混凝土原材料都要进行性能测试和过秤检查，加强原材料重量控制，争取混凝土配比做到科学无误，不会有任何裂缝的出现。
2.2混凝土强度设计
在混凝土原材料确J无误以后，其强度设计环节也是防止裂缝产生的有效环节之一。混凝土的抗拉强度将会直接影响到其自身抗裂性，而且混凝土强度等级也与抗裂性有着间接影响关系。所以在混凝土强度设计阶段尽量要设计出高强度的混凝土来提高它的综合抗裂性。在成本允许的条件下，混凝土强度应同时满足抗裂性良好和抗拉强度高两大特点。
2.3混凝土浇筑过程裂缝控制
在实际施工中，混凝土在设计和配比过程之后就要进行浇筑了，就裂缝控制而言，这个阶段最为关键，因为人为、自然以及混凝土内部反应能多种因素能够共同作用导致裂缝产生，所以我们要对其有足够的重视。将混凝土浇筑在垫层的薄板面上，会因为该平面的地基水平位移或垂直沉降使得混凝土产生裂缝。在浇筑过程中，还要保证填筑材料的密度和种类，要完全符合施工设计标准才行，同时垫层面的要相对平整，以达到施工要求规定为最适宜平整度。
2.4混凝土施工时期的选择
混凝土在浇筑过程中受到外界因素如温度、气候、湿度的影响较多，这就对混凝土施工的时间段选择提出了一个问题。究竟如何合理选择施工时期以使得环境因素对混凝土施工的影响最小，保证混凝土的抗裂性。
自然因素对混凝土的作用主要是通过其中水分的流通来实现。在温度较高、湿度较低的条件下，混凝土内部水分较往常时候更易散失，在未达到初凝时间就已经过量失水，致使混凝土凝结过早，没有达到指定的强度;同时失水使得混凝土内部结构收缩，产生拉应力，因而出现裂缝。水分的流失是混凝土出现裂缝的主要内部成因，而环境因素又是造成水分流失的主要原因。
2.5混凝土运输、储藏时的注意事项
针对混凝土在搬运储藏中因物理碰撞导致的裂缝产生，我们就要从其运输和储藏阶段着手。首先，减少混凝土搬运次数和事件，用最合适的方法将混凝土在最短时间内就进入仓库储藏，不会因暴露在外界环境过久而造成不必要的裂缝产生。然后，在仓库储藏阶段要对混凝土进行振捣工序，从而使得混凝土充分密实，紧贴垫层，尽量控制不会有空隙出现，减少裂缝产生的机会。最后，要对入库混凝土时刻检查以确保不会有初凝现象的出现，杜绝一切裂缝隐患。
2.6混凝土的养护工作
对已成型的混凝土面板实施全面养护工作至关重要。好的养护工作能够在短时间内大大提升混凝土的强度至预定值，同时能够有效减少裂缝的出现几率。根据实际施工数据显示，经过细致养护的混凝土面板强度是经过粗略养护混凝土面板强度的两倍，前者的使用寿命也远远超过后者，这一点充分证明了养护工作对混凝土的重要性。在混凝土成型之后，工程养护人员还要采取防护措施避免其直接暴露在空气之中，或者受到雨水的浇淋和阳光的直射。将混凝土养护工作做到完善，不仅能增强其强度，还能减少裂缝产生，具有非常显著的抗裂性效果。
3.结语
HDCGM灌浆材料抗裂性能的研究 第6篇
关键词：抗裂性塑性膨胀增韧材料膨胀剂
前言
自20世纪90年代初，我国自主研发生产的水泥基灌浆材料在众多大中型企业的设备安装、建筑结构加固改造工程中得到广泛应用[1]。生产厂家生产出不同型号的灌浆材料，来满足日益复杂的工程需要。目前市面上生产的灌浆料基本上能够实现大流动性、早强高强、不泌水不离析，但更多深层次复杂的问题仍然没有很好的解决，例如，即使加入一定量的膨胀剂，灌浆材料硬化后仍然可能出现微裂缝，这种现象在硬化初期就已出现，影响建筑物美观及耐久性。究其原因，不少人认为与施工养护条件和市面上膨胀剂的质量等有很大关系。灌浆材料具有高度早强的特性，这可能会导致灌浆材料中膨胀剂在早期未能很好的发挥膨胀作用，造成膨胀能的流失。另外，高强度一般意味着高弹性模量、高硬脆性，设备基础的二次灌浆和地脚螺栓锚固的锚固灌浆，要求灌浆材料宜具有较好的弹性变形和能够减缓设备振动荷载对基础或螺栓的冲击韧性。这对防止设备底座裂缝的产生以及螺栓连接的牢固耐久性具有重大意义。
由于灌浆料水灰比较低，具有很高的流动性，容易造成自收缩、沉降收缩以及表面水分散失而引起的干燥收缩。这些收缩可能引起微裂缝、大面积空鼓、设备基础与灌浆层脱离以及柱脚或设备螺栓的松動。这就要求灌浆料应该具有一定量的微膨胀，这种膨胀应该贯穿于整个灌浆料的硬化过程中，尤其是在体积变化较大的塑性阶段。一定量的塑性阶段的膨胀而产生的预压力还会对设备底座起到很好的固定和保护作用，目前国内绝大部分灌浆料的膨胀都发生在硬化阶段，显然膨胀剂优异性能的发挥受到了一定限制，出现掺加膨胀剂也裂的现象。美国标准ASTMC1109，允许塑性阶段膨胀率最大可以达到4.0%[2]。
1 材料的选用
（1）水泥
本试验采用山水集团济南世纪创新水泥有限公司生产的“山水东岳”牌P·O42.5水泥，
（2）矿物掺合料
考虑到需要灌浆材料具有较高的早期强度和较好的密实度，本文选用超细矿粉（CKF），比表面积达1000 ㎡/㎏，等量替代水泥量范围为2%~7%。
（3）石英砂
选用含泥量和杂质较少，弹性模量相对较高的石英砂，石英砂的级配区间为10~20目、20~40目、40~70目和70~120目。以砂子的堆积密度为指标，进行石英砂级配区间的正交试验，得出堆积密度为最大的石英砂级配区间比例为3：1：1：3。
（4）外加剂
1）高效减水剂：选用新一代高效减水剂聚羧酸，颜色为白色泛微黄色粉粒，具有较高的减水，引气和保塑性能。
2）复合膨胀剂EEA：该膨胀剂塑性阶段就能产生微膨胀以补偿塑性阶段的收缩，从而避免灌浆材料的沉降与开裂，确保其密实、充盈。能够同时为硬化浆料的早期和后期提供持续膨胀源水化硫铝酸钙。内含增韧材料为一种改性聚合物微粉，颜色为乳白色，易溶于水，并产生大量微小气泡。本文将它与胶凝材料的质量比简称为聚灰比。
3）早强剂：为白色粉末状颗粒，主要作用提高早期强度，但掺量过高会对后期强度产生一定影响
4）消泡剂：由于聚羧酸系减水剂均有引气的作用，而且发气速率快，气泡不均匀，会引起灌浆料拌合物的泛浆和泌水，还会使灌浆料硬化后的强度下降，所以在使用聚羧酸减水剂的干粉砂浆中，经常按减水剂的一定比例掺入消泡剂，以消气泡[3]。
2 塑性阶段竖向膨胀率
本文参照国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/50448-2008的试验方法进行竖向膨胀率的测定。并与硫铝酸盐类膨胀剂UEA和铝粉加气类膨胀剂进行对比，重点考察EEA对灌浆料塑性阶段竖向膨胀率的影响,
塑性膨胀剂EEA在塑性阶段能够产生明显的膨胀，随EEA掺量的增加，竖向膨胀率是呈递增趋势的，可以通过控制EEA的掺量来达到预期的膨胀效果。对于铝粉，其掺量0.05/万~0.1/万极低，一方面不利于工业化生产，另一方面铝粉对灌浆料抗压强度的负面影响太大。掺UEA时，灌浆料24小时竖向膨胀率值0.08/万。此值难以满足灌浆料塑性阶段所需的膨胀量。
3 增韧材料
抗压强度若过大，弹性模量增加，灌浆材料的脆性比较大，会带来一些负面作用，包括水化热过大，易产生温度裂缝；后期收缩大，蠕变和徐变增大等[4]。本试验运用一种粉状改性聚合物对灌浆材料进行增韧，重点考察其掺量对试件折压比和弹性模量的影响：
4 结论
1. 灌浆料要实现高性能，减少裂缝，应考虑其塑性阶段的膨胀。
2. 复合膨胀剂能够在灌浆料塑性阶段产生足够量的膨胀，硬化后期仍然能够提供持续的膨胀，减少后期收缩。塑性膨胀剂膨胀量大且掺量易控，EEA在合理掺量范围内对灌浆料强度的负面影响不大。
3. 改性聚合物可作为灌浆料的增韧材料，提高折压比，降低弹性模量，大大提高硬化后灌浆料的变形能力，减少因振动产生的裂缝。
参考文献
[1] 朱卫华. 水泥基灌浆材料的发展[J]. 施工技术. 2009年6月，第38卷.，第六期：76-80
[2] ASTMC1107. Standard specification for packaged dry[S].hydraulic – cement grout(non shrink). 2005
[3] 任恩平，仲晓林，邵正明. NVCGM高性能灌浆料的研究及应用[J]. 中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会七届二次理事会议暨学术交流会论文集. 2007：336-339.
抗裂分析 第7篇
关键词：高温风机基础,温度,裂缝,抗裂性能
近年来, 高温风机振动大、风机基础开裂的问题比较突出, 给正常生产带来了较大影响, 甚至埋下了安全隐患。目前, 国内对这方面的专门的研究还很少, 设计及构造缺乏依据。因此对高温风机基础抗裂性能的研究和防裂措施的探讨是十分必要和有益的, 并对现有水泥厂存在以上问题的风机基础的加固改造和今后的设计工作提供设计依据。
本次研究的对象主要是湖南某水泥集团2#窑尾风机, 目的是对高温风机基础在温度与荷载耦合作用下存在的开裂问题进行研究。
1 基础裂缝分布情况检测
本文对已经投入生产的湖南某水泥集团2#窑尾风机基础进行了裂缝检测。
整个基础采用C25混凝土, 两次浇筑而成, 后浇200厚。通过观察, 搁置风机的基础墙四面后浇高度内都产生了裂缝。靠近电动机一侧 (如图1 A处) 的基础开裂裂缝比较大, 在两角基础顶部产生一垂直边缘裂缝, 而后以大约45°角斜向下延伸至角部向下延伸将整个角部破坏, 斜裂缝最宽可达7mm, 右边裂缝离基础边0.53m, 左边离基础边缘1.12m, 具体图见图 (2) ;梁下端螺栓锚固处左右混凝土均有被压碎现象, 基础墙外侧产生裂缝延伸至人行走道板, 其中D处的压碎比较明显, 如图 (3) ;B处基础墙产生两边对称裂缝, 各距边缘均是1.2m, 裂缝延伸至人行走道板角部, 如图 (4) ;C处螺栓锚固处受风机作用也被压坏。基础下部的情况还好, 只有细微的裂缝, 如图 (5) 。
2 高温风机温度分布观测
现场环境温度24℃左右。本次观测进行了两次, 时间间隔为2小时, 早上8点测一次, 10点测一次, 目的是看风机在运行过程中温度有无变化。通过对比两次观测的结果我们得到:风机设备底部的温度在179℃左右, 侧面温度在169℃左右;人行通道的温度和环境温度差不多在24℃左右;风机底部的温度有一定的温度梯度但大致稳定在69℃~80℃之间;风机基础墙内部的温度分布各个部位有所不同, 靠近设备的地方温度最高可达145℃, 离设备稍远的部位温度在80℃~100℃之间, 最低也有74℃;风机基础墙外部的温度大致恒定在40℃左右;整个风机内部和外部的温度差在50℃~76℃之间。
3 高温风机基础裂缝产生原因分析
结构物在实际使用中一般承受各种外荷载和变形荷载, 当结构的抗拉强度不足以抵抗荷载作用时, 结构就可能出现裂缝。结构裂缝出现的原因与荷载的关系, 主要表现为:
1) 由外荷载 (如静、动荷载的) 直接应力, 即按常规计算的主要应力引起的裂缝;
2) 由外荷载作用, 结构次应力引起的裂缝;
3) 由变形变化引起的裂缝, 主要是温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝。这里的变形变化也可以等效看作是作用于结构的变形荷载。
高温风机基础产生裂缝的原因错综复杂, 在正常生产过程中, 基础受到荷载和温度的耦合作用, 各个截面的温度分布不均, 温度场复杂, 荷载也不易确定。目前的研究主要集中在以下几个方面:材料选择、环境条件、约束状态、配筋情况、荷载作用和施工技术。
3.1 材料选择
混凝土原材料质不良或配合比设计不当, 可以引起高温风机基础的开裂。从混凝土原材料来看, 水泥安定性不合格, 砂石中含泥量或石粉含量过大, 使用反应性骨料或风化岩, 使用水化热过高的水泥等都可能引起混凝土开裂。混凝土本身不均匀也会导致其产生变形, 砂浆过多会使其产生较大收缩, 在水化硬化过程中产生局部的约束效应, 当该应力大于混凝土的抗拉强度时, 便会导致宏观裂缝的出现与扩展。
3.2 环境条件
环境条件对高温风机的影响主要体现在温度的作用。设备基础施工由于混凝土量大, 浇注时间短且集中, 水泥与水产生的大量热量不易散发;再加上风机本身在生产过程中高温粉尘的热量传递作用下使得基础混凝土内部温度过高, 与外界环境形成较大的内外温差, 产生温度应力。结合基础的约束条件和混凝上的收缩变形等原因, 引起混凝上产生温度裂缝。
3.3 约束状态
风机基础属于大体积混凝土结构, 温差或干缩引起的收缩变形较大, 这种变形由于约束而得不到恢复时, 将会产生拉应力, 拉应力一旦超过混凝土的抗拉强度, 就会造成混凝土开裂。由于约束对混凝土结构开裂的影响, 一般是通过室内试验对小型构件进行模拟分析, 且多集中于轴向约束程度的研究。当风机基础墙体外表面由于高温作用产生伸长趋势, 但由于受到约束而得不到释放, 这样混凝土结构产生拉应力, 拉应力过大时就导致混凝土开裂。
3.4 配筋情况
混凝土材料是非匀质的, 承受拉力作用时, 截面中各质点受力是不均匀的, 有大量的不规则的应力集中点, 这些点由于应力首先达到抗拉强度极限, 引起局部的塑性变形, 如无钢筋继续受力, 就会在应力集中的地方出现裂缝。如进行适当的配筋, 钢筋将约束混凝土的塑性变形, 从而分担混凝土的内应力, 推迟裂缝的出现, 也就提高了混凝土的极限拉伸。所以配筋可以控制混凝土的裂缝开展, 减少裂缝宽度。
3.5 荷载作用
风机基础在运行的过程中承受着高温的作用, 还由于风机转子的动不平衡和前轴承的缺陷和系统的安装对中问题引起风机的振动作用, 在两种荷载的耦合作用下容易在基础墙的外侧和角部产生裂缝。
3.6 施工技术
从我国目前研究实践的现状来看, 在施工技术方而影响混凝土开裂的环节主要有混凝土的拌制、振捣、运输、浇筑、养护, 还有施工缝、变形缝、伸缩缝的设置等方面。具体来讲, 混凝土的拌制、振捣等方面是为了改善混凝土本身的物理性质, 尤其是增加其密实性, 减少内部微裂缝与微孔洞, 从而大大降低宏观裂缝的形成机率。施工缝等人工缝的设置主要是体现“放”的防裂抗渗原则, 实质上是为了尽量降低由温度、胀缩等因素产生的第二类荷载对大体积混凝土开裂的影响。
4 高温风机基础抗裂性能研究
针对裂缝产生的以上原因, 高温风机基础在抗裂措施上可以采取如下几种方法进行改进:
1) 温度应力是引起高温风机基础裂缝的主要因素, 且四个角部区域温度应力最大, 应在此区域考虑增配抗裂钢筋。另外, 风机梁下由于受到较大的集中力和温度荷载, 该部位配筋也要适当加密。
2) 钢筋间距较大的混凝土墙体, 易产生竖向裂缝。在同等配筋率的条件下, 应优先考虑配置小直径密布钢筋, 以防止裂缝的发展。在温度应力较大区域增配抗裂钢筋, 提高混凝土墙体的极限拉伸应变, 从而提高高温风机基础的抗裂能力。
3) 四片围护墙的约束刚度大小关系着墙体的应力情况, 可以考虑将4个角部不做成约束的型式, 让外侧墙体在温度的影响下可以自由的伸展, 内侧墙体可以自由的收缩, 并且敞开式基础散热的效果也较好。
4) 适当增大墙体厚度可以降低基础墙体应力值, 改善墙体应力分布状态, 对于防止角部, 以及墙体中部裂缝有一定的作用。
5) 围护墙产生裂缝影响因素较多, 必须从设计、选材、施工等方面综合控制。选材上妥善考虑混凝土的组成材料, 不但要满足设计和施工所要求的性能, 还应具有抵抗开裂所需要的功能;施工方面应严格搞好各施工工艺的质量控制, 工程施工速度不能强求过快以保证混凝土获得必要养护。
5 结论
高温风机基础在运行过程中受到温度和设备动力荷载耦合作用。开裂原因复杂, 涉及到设备、土建设计、施工和使用多方面的问题。针对开裂原因, 提出了一些高温风机基础在抗裂措施上的改进方法, 对现有水泥厂存在的问题, 风机基础的加固改造和今后的设计工作提供设计依据。
参考文献
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[2]程道广.大型设备基础重大典型温度裂缝事故分析及预防处理措施.建筑技术, 2007, 12, 38 (12) .
[3]赵雨军.大型设备基础温度裂缝控制.西部探矿工程, 2001, 3.
[4]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[5]幸小兵.混凝土温度应力分析以及对变形缝宽度的影响, 山西建筑, 2008.
抗裂分析 第8篇
关键词：钢筋混凝土预制桩,数值模拟技术,ANSYS程序,有限元分析
0引言
随着半岛蓝色经济区等国家战略的实施, 在未来的几年内, 将兴建大量公共建筑和港口码头等建筑与设施, 在青岛地区的大部分建筑物都是以风化岩作为浅基础或桩基的持力层[1]。基桩呈现端承桩的性质, 对预制混凝土桩的入岩能力有较高的要求[2], 且青岛沿海地区对预制混凝土桩的防腐蚀性能要求较高。因此对具有良好性能且适合在青岛地区大范围推广应用的新型预应力混凝土实心方桩的研究变得十分重要和十分迫切。通过研究, 本桩已获得三项发明专利, 专利号分别为201210546175.3;201210546171.5;201210497029.6。有限元ANSYS软件是一个功能非常强大的有限元分析程序, 在钢筋混凝土非线性有限元分析计算方面具有很好的效果[3]。
本文对基于ANSYS程序的钢筋混凝土结构数值模拟技术进行介绍, 并对预应力管桩、空心方桩和实心方桩的抗裂试验的非线性数值计算分析。
1工程概况
1.1抗裂试验
本试验采取垂直向下加载的方式施加集中力通过分配梁将集中力进行再分配[2], 计算公式如下:
式中:M———抗弯弯矩, k N·m;
W———预应力混凝土实心方桩重量, k N;
L———预应力混凝土实心方桩试验长度, m;
P———荷载垂直加载时, 施加在方桩中间的集中力, 包括加载设备以及分配梁等作用在方桩上的自身重量;
b———1/2的加载跨距, m。当L≤15 m时, b=0.5 m;当L>15 m时, 预应力实心方桩的抗弯试验方法参照GB/T 50152-2012混凝土结构试验方法标准。
预应力实心方桩抗裂试验示意图见图1。
1.2钢筋混凝土的有限元模型
构成钢筋混凝土结构的有限元模型主要有三类, 目前常用的钢筋混凝土建模方法有分离式模型 (discrete model) 、分布式模型 (smeared model) 和组合式模型 (embedded model) 。本文采用分布式建模方法[4,5,6,7]。并根据对称性, 对预应力实心方桩进行简化建模。
1.2.1单元类型
1) 混凝土单元:Solid65单元。2) 纵向钢筋:Link8单元。3) 横向箍筋:Link8单元。
1.2.2材料性质
1) 混凝土材料。
ANSYS具有专门用于钢筋混凝土结构的Concrete材料模型, 该模型可以预测脆性材料的失效行为, 同时考虑了开裂与压碎失效模拟。Concrete材料破坏准则采用William-Warnke五参数强度模型, 其基本参数主要有张开裂缝和闭合裂缝的剪切传递系数、抗拉强度以及单双轴抗压强度等。
2) 钢材。
所有钢材, 包括方桩中纵向主筋、横向箍筋和钢支座垫板均采用理想弹塑性模型。钢材的屈服准则选用双线性随动强化材料BIIN。
1.3纵向主筋的预应力模拟方法
初始应变法可以模拟预应力钢筋的具体位置, 能够得到预应力钢筋在荷载作用下的应力分布。
式中:ε0———预应力钢筋的初始应变值;
σ———预应力钢筋的有效拉应力值;
E———预应力钢筋的弹性模量。
2模型分析结果
2.1模型加载集中力
从图2~图4可以看出:预应力实心方桩的有效预压应力基本满足计算要求, 且在集中力全部加载后, 在对称面位置, 上排钢筋上的节点受压, 下排钢筋上的节点开始受拉, 在方桩端部发生应力集中, 由于采用的是方形实心截面, 故四角的钢筋节点在局部区域应力突然增大。
从图5, 图6关于预应力实心方桩的裂缝图中可以看出, 预应力实心方桩在分段施加集中力的情况下, 在加载到集中荷载的100%时, 没有出现裂缝, 当继续加载集中力时, 在加载至110%时逐渐出现裂缝, 与现场抗裂试验的结果基本符合。
2.2中间节点位移变化情况的分析
从预应力实心方桩跨中挠度以及该方桩在预应力和荷载共同作用下按结构规范设计计算的挠度结果[6,7]。方桩跨中挠度三种解的结果如下:
1) 荷载和预应力作用下解析解5.94 mm;
2) 仅受预应力作用的有限元模型解0.005 6 mm;
3) 荷载和预应力作用下的有限元模型解5.78 mm。
图7, 图8分别为预应力实心方桩对称面横截面上沿Y方向 (挠度方向) 及Z方向 (应力方向) 上的一系列节点。
从图7, 图8可以看出, 预应力实心方桩的模型在集中力作用下, 跨中挠度逐渐增大, 跨中Z方向的应力基本为压应力, 随着集中力的施加, 对称面上靠下的节点Z方向的应力值逐渐变为拉应力, 当拉应力大于混凝土的抗拉强度时, 预应力实心方桩产生裂缝, 方桩开裂。
2.3对比分析
图9对预应力实心方桩与C型预应力管桩和预应力空心方桩的抗裂性能进行对比[8,9]。
由图9可以看出:在相同桩径条件下, 预应力实心方桩的抗裂性能指标比型号为C的PHC管桩、型号为A (AB) , B的PHS空心方桩的抗裂性能指标高。
从图10~图12可以看出:通过ANSYS有限元数值分析, 在相同桩径条件下, 施加相同集中荷载, 预应力实心方桩的抗裂指标比型号为C的PHC管桩、型号为A (AB) , B的PHS空心方桩的抗裂性能指标高。
3结论
ANSYS有限元软件可以很好的模拟预应力实心方桩的抗裂试验;且与理论计算的抗裂弯矩指标相符合;通过与预应力管桩和空心方桩的抗裂试验模型对比可以看出:在相同集中力作用下, 实心方桩有较好的抗裂性能。
4创新点
1) 本文针对半岛地区特点研究设计一种新型预应力混凝土实心方桩, 达到节能减排指标;
2) 本文通过所研究方桩与管桩、空心方桩力学性能对比分析, 突出本方桩的力学指标。
参考文献
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抗裂夹层在旧路改造中的有限元分析 第9篇
20 世纪70 年代以来, 为满足经济发展和人民生活的需要, 我国修建了大量的水泥混凝土路面。但是施工水平、对交通量增长预估不足以及环境等方面的影响, 很多旧水泥混凝土路面都出现了病害问题, 严重影响了交通安全和行车舒适性, 亟需修复改造。
旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土改造是较好的方案之一, 但是反射裂缝一直是旧路改造的主要问题, 正确分析反射裂缝的产生过程及其主导影响因素是解决反射裂缝的关键, 即沥青罩面层内的应力分析[1]。国内外学者曾经采取多种方法对沥青罩面层内的应力进行分析[2,3,4,5,6,7], 主要有断裂力学理论分析以及有限元模拟分析两大类。
本文将利用Abaqus有限元分析软件主要对如下抗反射裂缝技术进行对比分析: 设置不同材料即模量变化的应力吸收夹层对沥青混合料罩面层应力的影响。
1 结构模型及参数
建立的沥青混凝土加铺复合路面结构模型主要由沥青加铺层、中间应力吸收夹层、旧水泥混凝土路面板、基层、路基组成, 具体模型示意图如图1 所示。路面各结构层几何尺寸以及参数如表1 所示, 水泥混凝土板间接缝宽度设为1 cm, 接缝处无传荷能力。本文路面结构假定条件如下: 1) 沿行车纵向各结构层两端截面水平向位移为0, 竖向自由; 2) 地基底面完全固定, 与地基底面垂直侧面自由; 3) 各层层间水平、竖向位移均连续; 4) 各层为均匀、连续、各向同性的线弹性体, 不计路面结构自重的影响。
应力分析时采用BZ-100 标准车型, 轴重100 k N, 轮压0. 7 MPa, 双轮中心距为31. 4 cm, 轮距182 cm。为了便于用有限元分析, 轮胎与路面的接触面积理想化为18. 6 cm × 19. 2 cm的矩形, 接触面积为357. 12 cm2[8]。由于结构在非对称荷载作用下有剪应力和拉应力复合作用, 比对称荷载作用下单纯的拉应力更为不利, 因此主要考虑非对称荷载的影响。选定最外侧车轮距路边缘20 cm, 荷载作用在接缝边缘处, 等效矩形荷载如图2 所示。
恰当的网格划分不但可以有效减少计算时间, 提高运行效率, 而且还能增加计算的准确性, 提高计算精度。对带接裂缝的模型进行网格划分时, 采用统一的尺寸单元是不合适的。理想的网格划分应该是在接裂缝附近、域加密网格, 远离接裂缝处采用较大的网格。本文网格划分时采用C3D20R二十结点二次六面体单元缩减积分对模型进行网格划分, 对除地基以外的结构划分时单元尺寸为0. 2, 由于地基尺寸较大且离接缝相对较远, 地基单元尺寸设为0. 4, 具体网格划分如图3 所示。
2 两类夹层材料对荷载应力的影响
国内外研究资料表明: 设置中间抗裂夹层后, 对沥青混凝土罩面层抗反射裂缝具有一定的帮助作用。为了深入分析具体影响结果, 本文拟选目前常用的沥青碎石封层和土工抗裂布两类夹层, 分别对两者设置不同的弹性模量进行对比研究。需要说明的是: 沥青碎石封层厚度取为1 cm, 弹性模量范围是30 MPa ~150 MPa; 土工格栅或者抗裂布厚度设为0. 3 cm, 弹性模量范围为2 000 MPa ~ 6 000 MPa, 具体计算结果如表2, 表3 所示。
从表2, 表3 可以看出, 应力吸收夹层的存在大大削弱了沥青加铺层中的应力集中现象。对于设置沥青碎石封层类夹层, 当其弹性模量从30 MPa增加到150 MPa时, 沥青层最大水平拉应力σx减小了38. 3% , 竖向剪应力 Тxz减小了72. 3% , 且削弱作用主要集中在30 MPa ~ 60 MPa之间, 竖向拉应力 σz有缓慢增加的趋势; 沥青混合料层底部剪应力最大值 Тxy减小了25. 7% , 这对削弱层间剪切应力起到了很好的帮助, 拉拔应力最大值 σz增加了7. 4%, 说明随着模量的增加对拉拔强度有较高的要求, 但是增加速率不明显。但计算中有两个现象值得注意: 一个是虽然沥青加铺层 σx在接缝区都为负值, 但在靠近轮压中心处却为正值, 且随着夹层模量的减小而迅速增加, 这使沥青加铺层在非接缝区开裂的可能性增大; 另一个是随着夹层模量的减小路面弯沉增大, 这意味着路面结构整体强度在变小。因此, 在选用沥青碎石封层等低模量、高变形材料作为应力吸收夹层时, 应进行综合考虑, 选取合适的材料参数, 本文建议选取弹性模量不低于60 MPa的沥青碎石封层。
MPa
对于高弹性模量的土工格栅或者抗裂布类, 随着弹性模量增加, 沥青混合料层内竖向剪切应力 Тxz逐渐增大, 说明其对剪应力的削弱作用已不存在, 同时其余应力变化趋势已不明显, 但是路面弯沉数值非常小, 最小值仅为0. 450 mm; 对于中间应力吸收夹层, σz与 τyz呈现不断增加的趋势, 当弹性模量为6 000 MPa时, σz最大值达到了1. 56 MPa, 这对中间应力吸收夹层本身以及其与沥青夹层之间的竖向抗拉强度提出了很高的要求; 另外夹层内米泽斯等效应力随着夹层弹性模量的增加急剧变大, 最大值为11. 39 MPa, 这对抗裂布夹层材料来说是不利的, 容易发生较大塑性变形从而丧失抵抗应力集中的能力。
3 结语
本文利用有限元分析软件Abaqus, 建立旧水泥混凝土路面加铺薄层沥青混凝土路面三维模型, 对比分析了设置不同中间应力吸收夹层即夹层弹性模量变化给结构受力带来的影响, 主要得出如下结论:
1) 对于沥青碎石封层类夹层, 当其弹性模量从30 MPa增加到150 MPa时, 沥青混合料面层内最大水平拉应力 σx最大值减小了38. 3% , 且削弱作用随着弹性模量的增加有减小的趋势; 沥青混合料层底部剪应力最大值 Тxy减小了25. 7% , 这对层间剪切应力起到了很好的帮助, 拉拔应力最大值 σz增加了7. 4% , 说明随着模量的增加对拉拔强度有较高的要求, 但是增加速率不明显。2) 随着夹层模量的减小路面弯沉增大, 这表明路面结构整体强度在变小。因此, 在选用沥青碎石封层等低模量、高变形材料作为应力吸收夹层时, 应进行综合考虑, 选取合适的材料参数, 本文建议取弹性模量不低于60 MPa的沥青碎石封层。3) 对于土工格栅或者抗裂布类, 随着弹性模量增加, 沥青混凝土层内剪应力 Тxz逐渐增加, 说明对竖向剪应力削弱作用不存在, 同时其余应力变化趋势已不明显, 但是路面弯沉数值较小, 最大值仅为0. 458 mm。4) 对于中间应力吸收夹层, σz与 τyz随夹层模量变大呈现不断增加的趋势, 当弹性模量为6 000 MPa时, σz最大值达到了1. 56 MPa, 这对中间应力吸收夹层本身以及其与沥青夹层之间的竖向抗拉强度提出了很高的要求, 因此在选择土工抗裂布作为夹层时模量不宜选择过大, 本文推荐使用弹性模量为2 000 MPa ~ 4 000 MPa之间的材料。
摘要：通过Abaqus有限元分析软件, 建立了旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土路面结构三维有限元模型, 对比研究了抗裂夹层模量变化对结构受力的影响, 为旧路改造中抗裂夹层的选择设计提供了依据。
关键词：路面结构,反射裂缝,弹性模量,有限元分析
参考文献
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抗裂分析 第10篇
目前我国寒冷地区桥面沥青铺装层的毁坏现象较为常见, 特别是桥面在正常使用阶段。铺装层开裂后, 雨水会流经裂缝缝隙, 并渗进铺装层内以及桥面板与铺装层之间。与此同时, 在车辆荷载的作用下, 滞留在此处的积水将会冲刷铺装层的材料, 降低桥面的承载能力, 并加速铺装层的破坏, 从而缩短其使用寿命。
GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) 俗称玻璃钢, 是由聚合物基体与玻璃纤维复合而成的一种新型各向异性材料, 其中由玻璃纤维承受主要荷载。[1]GFRP筋为正交各向异性材料, 其沿纤维方向的抗拉性能优于垂直纤维方向的抗拉性能, 它的特点为轻质高强。国内外的研究表明, GFRP筋的材料对水和盐皆具有较好的耐腐蚀性, 可替代钢筋。[2]并且在混凝土结构中使用GFRP筋能够明显改善混凝土的弯曲韧性和抗冲击性。本文将通过AN⁃SYS的有限元模拟来研究GFRP筋对桥面沥青铺装层的低温抗裂性能影响。
2 计算模型
2.1 几何模型
本文以等截面预应力混凝土双孔箱形连续桥为几何模型, 等截面混凝土双孔箱梁以及桥面沥青铺装层构造的断面图如图1所示。桥梁跨径为20米, 斜度为0, 荷载为II级公路荷载, 桥面宽度为8米。箱梁顶板自上而下依次是10厘米厚的沥青铺装层、0.5厘米厚的防水层、以及9厘米厚的水泥混凝土调平层。
2.2 模型假定及参数
为了简化计算, 根据实际运行情况进行如下假设[3]: (1) 桥面铺装层各层材料均是完全弹性的、各向同性的、连续均匀的; (2) 沥青铺装层、防水层以及调平层两两之间接触良好, 层间温度完全连续; (3) 模型中不加入钢筋, 忽略箱梁中的钢筋对模型模拟时的各项影响; (4) 忽略各层材料和桥面板的自重影响。
根据以上假定, 再根据文献[4,5]进行取值, 故该模型的设定参数如表1所示。
3 沥青桥面的温度应力分析
为了减小边界条件对温度应力的影响, 本文取车道平面中心为计算点。
寒冷地区具有低温、昼夜温差大的典型特征。当环境温度从0℃降低到-15℃时, 沥青铺装层底部产生了6.5MPa的拉应力。这远远大于沥青混凝土在-15℃时的极限抗拉强度 (3Mpa左右) , 由此可以得出, 温度应力是寒冷地区沥青桥面产生裂缝的重要因素之一。
由图2中桥梁横截面的温度应力分布情况可以看出, 沥青铺装层中部产生的最大拉应力明显大于水泥调平层产生的温度应力。这是因为沥青铺装层的热膨胀系数是水泥调平层热膨胀系数的两倍。故在环境温度骤降时, 沥青铺装层产生较大的收缩, 与水泥调平层产生不协调变形, 从而在沥青铺装层底部产生破坏性的拉应力。
再者, 沥青铺装层的横向温度应力分布呈现明显的“两边低中间高”现象。这是因为桥面铺装的宽度很大, 在低温收缩时会受到限制, 从而产生温度应力, 且越靠近桥面中心, 所受限制越大。当沥青铺装层产生的横向拉应力超过沥青混凝土的极限抗拉强度时, 沥青铺装层的表面中部容易产生纵向的温缩裂缝。然而, 桥面铺装的纵向长度远远大于横向的宽度, 在低温收缩时, 沥青铺装层将受到更大的限制, 更容易产生横向温缩裂缝, 甚至与纵向裂缝一起发展成块状裂缝。
此外, 箱体上部沥青铺装层的温度应力与箱梁翼板上部沥青铺装层的温度应力分布存在着较大差异。由图2可看出, 箱梁翼板上部沥青铺装层的温度应力明显小于箱体上部沥青铺装层的温度应力, 这与箱梁结构的局部刚度有关。箱梁翼板的局部刚度比较小, 其随温度变化的抗变形能力较差;相反, 箱体部分的局部刚度较大, 其随温度变化的抗变形能力较好。
4 GFRP筋对沥青桥面应力分布的影响
4.1 布筋方案
本文采用GFRP筋的布置方案对寒冷地区桥面沥青铺装层进行防裂设计:方案一是将GFRP筋纵向布置在沥青铺装层中部, 桥面宽为8米, 设计每隔20厘米布置一根GFRP筋, 共布置39根;方案二是将GFRP筋纵向布置在沥青铺装层底部, 即铺装层和调平层之间, 设计筋的数量与分布方式同于方案一。
4.2 GFRP筋对温度应力的影响
本文研究沥青桥面低温开裂的问题, 采用ANSYS14.5来分析当环境温度由0℃降低至-15℃时, 沥青铺装层的应力分布情况, 计算结果如图4和图5所示。
由图3看出, 当GFRP筋布置在沥青铺装层上面层与下面层之间时, 相对于不加筋情况, 沥青铺装层中部的温度应力没有明显的降低, 降低量在0.1Mpa左右, 未能有效限制铺装层的开裂。
由图4看出, 当GFRP筋布置在沥青铺装层底部, 即铺装层和调平层之间时, 相对于不加筋情况, 桥面中部和两侧的温度应力有所增加, 增加量在0.4Mpa左右, 这会促使裂缝的产生和发展。
因此, 根据以上分析, 加筋层位置对沥青铺装层的温度应力没有明显的影响。方案一的布置方式没能有效减少温度应力, 对桥面沥青铺装层的低温抗裂性能无明显影响;方案二的布置方式增大了温度应力, 反而降低了桥面沥青铺装层的低温抗裂性能。
4.3 GFRP筋的抗裂机理
桥梁结构在骤然降温引起的变形过程中, 桥面调平层与沥青铺装层之间会产生相互影响。对沥青铺装层而言, 当水泥调平层的收缩及温度变化引发的变形与其不一致时, 就会相互约束, 而这种外约束将会使其产生收缩应力和温度应力。[6]
GFRP筋的增强效果是由温度变化时沥青混凝土与GFRP筋形变不同引起的。当温度下降时, 沥青铺装层与GFRP筋同时收缩, 但是GFRP筋热膨胀系数较小, 形变较小, 两者在共同变形时, GFRP筋对沥青混凝土的形变有阻止作用, 从而抑制裂缝的开展;然而, 这种阻止作用在某些情况下并不能有效减少裂缝。
此外, 桥面沥青铺装层产生裂缝的因素, 除了低温变化外, 另一个重要因素是由桥梁自重和活载产生的负弯矩作用。布置在沥青铺装层中GFRP筋的作用与普通混凝土梁中的钢筋作用类似, 当沥青铺装层受到弯矩作用时, GFRP筋可以承担很大一部分拉应力, 减少了沥青混凝土内部的拉应力, 从而提高沥青铺装层的抗裂性能。
5 结论及建议
本文考虑的环境温度变化为由0℃降低到-15℃, 分析了沥青铺装层开裂的原因, 以及GFRP筋对沥青铺装层低温抗裂性能的影响, 得出如下结论及建议:
(1) 当环境温度骤降时, 桥面沥青铺装层产生过大的拉应力, 这是寒冷地区沥青桥面容易开裂的一个重要原因。
(2) GFRP加筋层的位置对沥青铺装层的温度应力没有明显的影响。将GFRP筋布置在上下沥青面层之间, 桥面沥青铺装层的低温抗裂性能无显著变化;将GFRP筋布置在下面层和水泥调平层之间, 反而降低了桥面沥青铺装层的低温抗裂性能。
(3) 沥青桥面产生裂缝的因素除了温度外, 还有一个重要因素是由桥梁自重和活载产生的负弯矩作用;在桥梁结构和温度的耦合作用下, GFRP筋对桥面沥青铺装层抗裂性能的影响还需做进一步探讨。
参考文献
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抗裂分析 第11篇
关键词：公路 基层 抗裂 碎石施工
在各级公路路面基层、底基层施工过程中，基层凭借自身强度高、稳定性好、抗渗水、抗冲刷、干缩变形小等优势，水泥稳定级配碎石结构得到广泛的应用。由于结合料本身存在温缩、干缩，以及下承层的不均匀沉降等问题，进而在一定程度上容易产生裂缝，这时公路的使用寿命、行驶的舒适性等都受到不同程度的影响和制约。在这种情况下，需要对抗裂型水泥稳定碎石基层的施工技术进行研究分析，进而便于指导施工。
1 准备工作
1.1 施工机械
①拌和机。在选择拌和机时，需要选用定型产品，并且进料斗数量要超过五个。②摊铺机。结合路面摊铺层的宽度、厚度等实际情况，选择科学合理的摊铺机。③压路机。施工前，需要配备3台20T以上单钢轮振动压路机。④自卸汽车。对于自卸汽车的数量，通常情况下需要结合拌和设备、摊铺设备的实际情况进行确定。⑤装载机和洒水车的数量一般情况下不少于2台。⑥水泥钢制罐仓。
1.2 检测仪器
在施工过程中，为了确保施工质量，通常情况下需要选择相应的仪器设备，其中涉及到的仪器和设备主要包括：
①检测水泥胶砂强度，以及凝结时间的仪器和设备;②对水泥剂量进行检测的仪器和设备;③施工中用于振动、压实的仪器和设备;④用于击实的仪器设备;⑤制作水泥稳定碎石抗压试件的仪器设备;⑥用于进行标准试件的养护装备等;⑦对基层密度进行检测的仪器和设备;⑧标准筛;⑨对土壤液进行检测的仪器和设备;⑩检测压碎值的仪器设备;■针片状的检测仪器设备;■取芯机。
1.3 底基层的验收
①检查底基层外形。在验收底基层的过程中，通常情况下，需要检查、验收高程、中线偏位、宽度等。②检查底基层压实度。在施工过程中，需要检查底基层的压实度、表面松散度等。③检查底基层沉降。如果底基层表面的沉降速率小于5mm/月，并且连续持续两个月，在这种情况下可以铺筑基层。④对底基层的质量按照《公路工程质量检验标准》（JTG F80/1-2004）的相关要求进行检查。
2 混合料组成设计
2.1 材料要求
①水泥。火山灰质硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥在施工过程中是主要的水泥类型。②碎石。对于合成碎石的组成，如表1所示。③水。在施工过程中，选择饮用水作为施工用水。
表1 抗裂型水泥稳定碎石混合料中合成碎石的颗粒组成
■
2.2 设计混合料组成
①碎石。在施工过程中，为了确保施工质量，通常情况下需要对碎石进行水洗，然后确定组成比例。②水泥。结合实际情况，进一步对水泥剂量进行试验。③含水量。根据试验情况，对含水量进行确定。④按照标准对水泥稳定碎石试件进行养护。⑤将水泥稳定碎石浸水7天，与设计值相比，无侧限抗压强度代表值R代要大。⑥试件室内试验结果抗压强度的代表值，根据下列公式进行计算：
R代=■（1-Z■C■）
其中：R代为抗压强度代表值、■为组试件抗压强度的平均值、Z■为保证率系数、C■为试验结果的偏差系数。
⑦按照强度要求，进一步确定水泥稳定碎石的生产配合比。
3 试铺
3.1 验证配合比。①需要调试拌和机;②选择科学合理的拌和时间;③对含水量、级配等进行严格的检查。
3.2 根据实际情况，确定科学合理的松铺厚度。
3.3 确定施工方法。①对配比进行合理控制;②确保摊铺方法的科学性、合理性; ③含水量要合理;④需用的压实机械满足施工现场的实际需要。⑤对于拌和、运输之间的关系要进行科学合理的协调与处理。
3.4 在施工作业的过程中，需要对作业的长度进行合理的确定。
3.5 明确拌和、运输工序。
4 施工
4.1 一般要求
①施工前需要对作业表面的杂物进行清除处理。②摊铺前结合摊铺机宽度、传感器间距等进行测量放样。③水泥稳定碎石基层的施工需要在冰冻到来半个月前结束。④对上层水泥稳定碎石施工需要在下层水泥稳定碎石施工结束7天后进行。⑤限制水泥、细集料、粉料的用量。
4.2 拌和混合料
①对于备料的数量，在拌和前，需要准备3-5天的需要量。②对场内各处集料的含水量在搅拌前需要进行检查，同时对混合料的加水量进行计算，与最佳含水率相比，混合料的含水率要超过1%，当气温较高时，根据实际情况可以适当的放宽。③进行搅拌后，根据规定检查级配和水泥剂量。④拌和机出料时，严禁使用自由跌落式落地成堆、装载机装料运输。
4.3 运输混合料
①每天在开工前需要检查运输车辆。
②通过运输车辆将拌成的混合料运到施工现场。
4.4 摊铺混合料
①对于底基层，在摊铺前需要洒水进行湿润处理。②对于摊铺机各部分运转情况需要在摊铺前进行检查。③协调、处理传感器臂与控制线之间的关系。④摊铺机要连续进行摊铺作业。⑤按照梯队作业方式对基层混合料进行摊铺作业。⑥将摊铺机螺旋布料器埋入混合料中。⑦对于离析现象需要安排专人进行处理。
4.5 碾压混合料
①在摊铺机后，需要碾压混合料。②按照试铺路段确定的程序与工艺进行摊铺、碾压。③压路机轮宽重叠一般控制在1/2。④倒车操作要遵守自然停车。⑤碾压速度控制在1.5-1.7km/h。⑥压路机停车间距要超过3m。⑦在已完成的或处于碾压过程的路段，严禁压路机调头、急刹车。⑧碾压要在水泥初凝前完成。⑨确保基层边缘的压实度。
4.6 设置横缝
①连续摊铺水泥稳定碎石混合料。
②按照下列步骤设置横缝垂直路面车道中心线：
a沿斜面将摊铺机转移到下承层。b将压路机沿斜面开到施工基层上。c沿着接缝进行横向的碾压。d碾压后接缝的平整度符合设计要求。
5 养生及交通管制
①碾压路面后，检查和验收施工质量。②养生方法：采用麻布或透水无纺土工布在湿润状态下进行养生。③在养生期间封闭交通。
6 质量管理及检查验收
一般要求：
①在拌和机拌和后进行取样，需要测定水泥剂量。②水泥用量一方面检测水泥剂量，另一方面检测控制总量。③按照《公路工程质量检验标准》（JTG F80/1-2004）的相关要求检测水泥稳定碎石质量。④水泥稳定碎石基层7d龄期必须能取出完整的芯件。⑤在设计级配范围内控制水稳碎石的级配。⑥按《公路工程基层施工技术规范》（JTJ034-2000）的要求控制质量。
7 结论
抗裂型水泥稳定碎石基层的施工重点概括为良好的下承层是前提条件，并做好质量检测工作，养护覆盖要全面等，进而在一定程度上为施工奠定基础。
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抗裂分析 第12篇
关键词：抗裂圆环,不均匀干缩变形,弹性力学
0 前言
在运用弹性力学分析圆环中的位移分布、应变分布和应力分布时,假设水泥基材料圆环中各处含水率相等仅仅是一种简化[1]。 应该说, 在干燥过程中,约束圆环内各处的含水率是不同的。 由于扩散作用,使得水分分布趋于均匀。 因此,均匀干燥是干燥过程的一个趋势。 就整个干燥过程而言,应该是不均匀干燥。 特别是在干燥初期,这种不均匀性更为显著。 为了更全面地认识约束圆环在干燥过程中的行为,本文运用弹性力学方法[2]研究在不均匀干燥情况下圆环内的位移分布、 应变分布和应力分布。
1 理论推导
在Ⅰ中已经给出了约束圆环在水泥基材料干缩过程中位移、应变和应力之间的基本关系:
在均匀干缩变形情况下,εs=常数。 在不均匀干燥情况下,εs则是 ρ 的函数。
设:在硬化水泥基材料圆环内的含水率分布为q。 由Fick第二定律可得:
对于稳定扩散, =0。 因此有:
解此微分方程得:q=C1lnρ+C2
水泥基材料的干缩变形是由失水造成的,失水率越多,干缩变形越大。 假设水泥基材料的干缩变形与失水率成正比,则可得:εs=C'1lnρ+C2'
如果假设边界条件为:当ρ=r时,εs=0;当ρ=R时,εs=ε0,可求出积分常数,并代入上式得:
将式(6)分别代入式(2)和式(3)得:
对于钢芯,干缩变形为0。因此有:
对于水泥基材料圆环:
如果采用实芯钢芯,为了保证时有意义,。因此:
边界条件为:
在钢芯与水泥基材料圆环的接触面,即:当ρ=r时,uρs=uρc,σρs=σρc
在水泥基材料圆环外侧,即:当ρ=R时,σρc=0
根据这些边界条件可求得积分常数:
将式(20)代入式(15)、式(16)和式(17)得:
将式(18)和式(19)代入式(12)、式(13)和式(14)也可得出水泥基材料圆环中的位移分布、应变分布和应力分布。 由于表达式比较复杂,可以采取分步计算的方法来处理。 首先用式(18)和式(19)计算出C1c和C2c,然后代入式(12)、式(13)和式(14),计算水泥基材料圆环中的位移分布、应变分布和应力分布。
如果采用空芯钢环,C2s≠0。 但是,在钢芯内侧,径向应力为0。 因此有:
联立求解得式(28)~式(31):
如果取 νs=νc=0.2, 式(28)~ 式(31) 可简化为式(32)~式(35)。
将式(32)和式(33)代入式(13)、式(14)和式(15)可得出水泥基材料圆环中的位移分布、应变分布和应力分布。 将式(34)和式(35)代入式(10)、式(11)和式(12)可得出钢芯中的位移分布、应变分布和应力分布。 由于表达式比较复杂,可以采取分步计算的方法来处理。 首先用式(32)~式(35)计算出C1c、C2c、C1s和C2s,然后再计算相应的位移分布、应变分布和应力分布。
2 不均匀干燥时位移、 应变和应力的基本分布规律
图1~图5 分别给出了不均匀干燥时的位移分布、应变分布和应力分布。 从图中可以看出,空芯圆环的径向位移和环向应变大于实芯圆环的径向位移和环向应变;空芯圆环的径向应变和径向应力则小于实芯圆环的径向应变和径向应力。 对于钢芯中的环向压应力,空芯圆环大于实芯圆环;而对于水泥基材料圆环中的环向拉应力,空芯圆环则小于实芯圆环。 这些规律与均匀干燥时是相同的。 值得注意的是,在均匀干燥条件下最大环向拉应力在水泥基材料圆环的内侧,而在不均匀干燥条件下最大环向拉应力在水泥基材料圆环的外侧。
3 分析与讨论
计算结果显示,在不均匀干燥条件下,最大环向拉应力在水泥基材料圆环的外侧。 这表明,与均匀干燥条件不同,开裂首先从水泥基材料圆环的内侧开始;在不均匀干燥条件下,开裂不是首先出现在内侧,而是首先出现在外侧。
实际上,在干燥的初期,失水首先从水泥基材料圆环的表面开始。 在含水率梯度的驱使下,圆环内部的水分向表面扩散。 由此可见,水泥基材料的干燥包含着两个过程:一是表面失水过程;二是内部水分向表面扩散过程。 表面失水过程使圆环内部含水率梯度增加,扩散过程使得内部含水率梯度减小。 在干燥初期,表面失水过程较快而扩散过程较慢,圆环内部水分分布的不均匀性增加。 因此,初期干燥过程是不均匀干燥过程。 随着圆环表面含水率的降低,表面失水过程减慢,使圆环内部水分分布趋于均匀。 因此,后期干燥过程是不均匀干燥向均匀干燥过渡的过程。 如果表面空气非常干燥,温度较高,且流动速度较快,在表面将会形成较大的含水率梯度,使圆环外侧的最大环向拉应力增大,在圆环的外表面产生早期干缩裂缝。如果表面空气温度较低且不流动,在水泥基材料圆环内仅形成较小的含水率梯度,不容易形成早期裂缝。但随着干燥过程的不断进行,有可能形成后期干缩裂缝。由于后期干燥过程接近于均匀干燥过程,在这种干燥过程中,最大环向拉应力在水泥基材料圆环内侧,因而这种裂缝出现在圆环的内侧。
从上述分析可以看出,圆环抗裂试验结果与试验环境有着密切关系。 一些研究者为了加速干燥过程,采用电吹风、电风扇吹圆环的表面,或提高表面的温度。 这些方法加速了表面失水,但对圆环内部水分扩散影响较小,使得圆环内部水分分布的不均匀性增大。 因此,采用这些方法可能导致圆环的早期开裂,这种开裂并不是水泥基材料抗裂性能的正确反映。
4 结论
(1) 在不均匀干燥条件下, 实芯圆环和空芯圆环之间的差异与均匀干燥时相同。
(2) 在不均匀干燥时, 最大环向拉应力在圆环的外侧。 由外向内,环向拉应力逐渐减小。 因此,裂缝首先在圆环外侧形成,逐渐向内扩展。
(3) 早期干燥是不均匀干燥, 裂缝出现在圆环外侧;后期干燥接近于均匀干燥,裂缝出现在圆环内侧。
