Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của hiện tượng cong vênh đến sự nứt của tấm bê tông trên nền đất
Tóm tắt
Bài báo này thảo luận về ảnh hưởng của hiện tượng cong vênh do nhiệt độ đến phản ứng sau khi nứt của các tấm bê tông trên nền đất. Quá trình nứt được hình dung lý tưởng bằng cách sử dụng các yếu tố kết dính kéo–tách biệt đã được bổ sung gần đây vào ABAQUS dựa trên Mô hình Nứt Giả. Các ảnh hưởng của hiện tượng cong vênh riêng lẻ cũng như hiện tượng cong vênh cộng với tải trọng bánh xe đã được khảo sát; trong đó, tình huống tải trọng thứ hai được thực hiện thông qua việc xem xét hai kịch bản tải trọng: nhiệt độ cố định sau đó tăng tải trọng bánh xe, và tải trọng bánh xe cố định sau đó tăng nhiệt độ. Trong cả hai trường hợp tải trọng, các ảnh hưởng của các tham số như tuổi bê tông, kích thước khe nứt, kích thước tấm, trọng lượng riêng của tấm, sự biến đổi nhiệt độ ban ngày và ban đêm, sức bền kéo của bê tông và năng lượng nứt đã được thực hiện. Khi tấm bê tông chịu tải trọng cong vênh cộng với tải trọng, có sự quan sát thấy rằng hiện tượng cong vênh ban ngày làm giảm đáng kể khả năng chịu tải trọng đỉnh, dẫn đến sự cố đột ngột của tấm bê tông, trong khi hiện tượng cong vênh ban đêm gây ra các vết nứt ổn định và tăng khả năng chịu tải đỉnh của tấm. Hy vọng rằng việc ứng dụng cơ học nứt được nêu ra trong nghiên cứu này thông qua một phương pháp từng bước có thể được mở rộng cho các hệ thống mặt đường tại chỗ, từ đó giải quyết các hạn chế trong quy trình thiết kế mặt đường hiện tại mà hoàn toàn dựa vào các thuật toán thống kê để dự đoán sự hư hỏng của mặt đường.
Từ khóa
#cong vênh bê tông #nứt bê tông #tải trọng bánh xe #cơ học nứt #ứng suất nhiệt độTài liệu tham khảo
ABAQUS (2009) ABAQUS analysis user’s manual—version 6.9-2. Dassault Systémes, Providenence
Aure TW (2013) Numerical analysis of cracking in concrete pavements subjected to wheel load and thermal curling. Dissertation, University of Cincinnati
Aure TW, Ioannides AM (2012) Numerical analysis of fracture process in pavement slabs. Can J Civ Eng 39(5):506–514
Aure TW, Ioannides AM (2010) Simulation of crack propagation in concrete beams using cohesive elements in ABAQUS. Transp Res Rec 2154:12–21
Bache HH, Vinding I (1990) Fracture mechanics in design of concrete pavements. In: Second international workshop on the design and evaluation of concrete pavements, CROW/PIARC, Sigüenza, pp 139–165
Barros JAO, Figueiras JA (2001) Model for the analysis of steel fiber reinforced concrete slabs on grade. Comput Struct 79(1):97–106
Channakeshava C, Barzegar F, Voyiadjis GZ (1993) Nonlinear FE analysis of plain concrete pavements with doweled joints. J Transp Eng 119(5):763–781
Chen HM, Dere Y, Sotelino E, Archer G (2002) Mid-panel cracking of Portland cement concrete pavements in Indiana. Report No. FHWA/IN/JTRP-2001/14, Purdue University, West Lafayette
Davids WG, Turkiyyah GM, Mahoney JP (1998) EverFE: rigid pavement three-dimensional finite element analysis tool. Transp Res Rec 1629:41–49
Dere Y, Asgari A, Sotelino ED, Archer GC (2006) Failure prediction of skewed jointed plain concrete pavements using 3D FE analysis. Eng Fail Anal 13(6):898–913
Gaedicke C, Roesler JR (2009) Fracture-based method to determine the flexural load capacity of concrete slabs. Report No FAA COE 31, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Champaign
Gustafsson PJ (1985) Fracture mechanics studies of non-yielding materials like concrete: modelling of tensile fracture and applied strength analyses. Report No LUTVDG/(TVBM-1007)/1-422/(1985), Division of Building Materials, Lund Institute of Technology, Lund
Hammons MI (1997) Development of an analysis system for discontinuities in rigid airfield pavements. Report No GL-97-3, US Army Corps of Engineers, Vicksburg
Hillerborg A, Modéer M, Petersson PE (1976) Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements. Cem Concr Res 6(6):773–782
Huang YH, Wang ST (1974) Finite element analysis of rigid pavements with partial subgrade contact. Transp Res Rec 485:39–54
Ioannides AM, Craig MD, Christopher MW (1999) Westergaard curling solution reconsidered. Transp Res Rec 1684:61–70
Ioannides AM, Peng J, Swindler JR Jr (2006) ABAQUS model for PCC slab cracking. Int J Pavement Eng 7(4):311–321
Ioannides AM, Salsilli-Murua RA (1989) Temperature curling in rigid pavements: an application of dimensional analysis. Transp Res Rec 1227:1–11
Ioannides AM, Thompson MR, Barenberg EJ (1985) Westergaard solutions reconsidered. Transp Res Rec 1043:13–23
Jenq YS, Liaw CJ, Kim SC (1993) Effect of temperature on early crack formation in Portland cement concrete pavements. Transp Res Rec 1388:35–41
Khazanovich L (1994) Structural analysis of multi-layered concrete pavement systems. Dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Champaign
Korenev BG, Chernigovskaya EI (1962) Analysis of plates on elastic foundation. Gosstroiizdat, Moscow
Korovesis GT (1990) Analysis of slab-on-grade pavement system subjected to wheel and temperature loadings. Dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Champaign
Kuo CM (1994) Three-dimensional finite element analysis of concrete pavements. Dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign, Champaign
Lee YH, Darter MI (1994) Loading and curling stress models for concrete pavement design. Transp Res Rec 1449:101–113
Mahboub KC, Liu Y, Allen DL (2004) Evaluation of temperature responses in concrete pavement. J Transp Eng 130(3):395–401
Masad E, Taha R, Muhunthan B (1996) Finite element analysis of temperature effects on plain jointed concrete pavements. J Transp Eng 122(5):388–398
Meda A, Plizzari GA, Riva P (2004) Fracture behavior of SFRC slabs on grade. Mater Struct 37(6):405–411
Miner MA (1945) Cumulative damage in fatigue. J Appl Mech-T ASME 12(3):159–164
Nishizawa T, Koyanagawa M, Takeuchi Y, Kimura M (2001) Study on mechanical behavior of dowel bar in transverse joint of concrete pavement. In: Seventh international conference on concrete pavements, international society for concrete pavements, Orlando, pp 571–584
Pane I, Hansen W, Mohamed A (1998) Three-dimensional finite element study on effects of nonlinear temperature gradients in concrete pavements. Transp Res Rec 1629:58–66
Petersson PE (1981) Crack growth and development of fracture zones in plain concrete and similar materials. Report No LUTVDG/(TVBM-1006)/1-174/(1981), Division of Building Materials, Lund Institute of Technology, Lund
Shimomura T, Nishizawa T, Ozeki T (2008) Evaluation of thermal stress in airport concrete pavement slab by 3D-FEM analysis. In: Ninth international conference on concrete pavements, international society for concrete pavements, San Francisco, pp 740–754
Shoukry SN, Fahmy M, Prucz J, William G (2007) Validation of 3DFE analysis of rigid pavement dynamic response to moving traffic and nonlinear temperature gradient effects. Int J Geomech 7(1):16–24
Siddique Z, Hossain M, Meggers D (2006) Curling and curling stresses of new concrete pavements. Airfield and highway pavements. ASCE, Reston, pp 671–682
Soares JB (1997) Concrete characterization through fracture mechanics and selected pavement applications. Dissertation, Texas A & M University, College Station
Teller LW, Sutherland EC (1935) Observed effects of variation in temperature and moisture on the size, shape, and stress resistance of concrete pavement slabs. Public Roads 16(9):169–197
Tia M, Armaghani JM, Wu CL, Lei S, Toye KL (1987) FEACONS III computer program for an analysis of jointed concrete pavements. Transp Res Rec 1136:12–22
Westergaard HM (1927) Analysis of stresses in concrete pavements due to variations of temperature. Proc Highway Res Board 6:201–215