沥青路面车辙变形的三维粘弹性动力有限元分析

基于车辆对路面的动力作用,建立路面不平整度引起的汽车动荷载简化模型,通过室内高温蠕变试验获得不同沥青面层材料的粘弹性模型,以弹粘塑性理论、动力学基本理论和有限元方法作为理论基础,采用动力有限元分析方法对沥青路面车辙进行了计算与预估,并分析了车辆轮胎压力、车速、作用时间、路面温度及轴载作用次数对沥青路面车辙深度的影响。通过河北邯郸~长治高速公路实体工程验证表明,采用基于动力有限元方法的车辙理论计算值与实测值误差仅为8%~9.5%,具有较高精度,研究成果为进一步完善车辙计算方法及工程应用提供理论依据。     

长江隧道刚性基层沥青路面的抗车辙性能

以国家863项目"抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面结构设计与铺装技术"为依托,以武汉长江隧道工程为背景,根据长江隧道路面大纵坡、刚性基层的特点,采用德国汉堡车辙试验方法分析了应用于武汉长江隧道沥青路面面层新型材料AFNA-13和普通沥青混合材料SMA-13的抗车辙性能,并运用有限元方法计算比较了2种材料结构的抗车辙性能,同时对长江隧道路面结构的抗车辙性能进行了有限元模拟分析.得出在相同循环车载作用下,AFNA-13材料比SMA-13材料具有较好的抗车辙性能,沥青路面面层厚度是影响路面的抗车辙性能的主要因素.武汉长江隧道所采用的路面结构具有较好的抗车辙性能.     

基于遗传算法的沥青路面永久变形预估方法

针对沥青路面永久变形的预估方法进行研究.首先分析永久变形的产生机理,以剪应力作为主要力学指标,提出了路面永久变形的预测模型形式;然后,选用沥青混合料AC13作为试验级配,进行60℃单轴贯入抗剪试验、20℃模量试验及不同温度、不同荷载和不同厚度条件下的车辙试验,利用实测模量采用有限元方法计算车辙试件在不同荷载及不同厚度条件下试件内的剪应力分布;最后依据路面结构的剪应力分析结果、车辙试验以及抗剪试验结果,采用遗传算法确定路面永久变形预估模型的参数,得到基于试验数据及力学分析的沥青路面永久变形预估模型.     

沥青路面永久变形数值模拟及车辙预估

沥青混合料的永久变形(车辙)是我国沥青路面早期病害中最主要的破坏类型,因而快速、简便、科学的进行车辙预估对于我国现阶段的路面结构设计与养护管理是非常必要的.提出基于有限元非线性理论沥青路面车辙数值模拟和车辙预估方法,结合廊沧高速廊坊段路面设计,分别进行SBS改性沥青混合料与高模量沥青混凝土进行车辙预估.结果表明:基于有...     

高速公路沥青路面车辙的产生机理及主要影响因素分析

目的 对沥青路面结构内力进行数值分析,研究路面车辙产生机理和主要影响因素,为防止早期路面车辙提出了调整级配范围等技术措施.方法 采用有限元方法 ,分析影响路面车辙主要力学指标的分布情况;采用现场检测、钻芯取样、沥青抽提、级配分析等试验方法 ,分析了高速公路沥青路面车辙的产生的主要影响因素.结果 半刚性基层沥青路面结构中3～11 cm内为等效压应力、剪应力和剪应变的高值区,中、下面层是出现流动性车辙的主要结构层;沥青混合料级配范围过于宽泛沥青胶结料高温等级偏低、及车辆超载严重等是产生车辙的主要影响因素.结论 采用有限元方法 分析路面车辙问题是可行的,结果 与工程实际相一致,车辙影响因素分析符合辽宁实际,提出的建议可用于指导工程实践.     

影响沥青路面全厚度车辙关键因素的试验研究

通过不同条件下的沥青路面全厚度车辙试验,就中面层沥青类型、静荷载、路面材料和结构组合设计以及温度等因素对沥青路面车辙的影响进行了研究.结果表明三层沥青路面结构中面层采用改性沥青可以使动稳定度提高50%以上,静荷载引起的车辙变形约占总变形的25%,骨料岩石类别和温度变化对沥青路面车辙影响显著.     

基于相似理论的重力坝扬压力等效模拟方法研究

扬压力是影响重力坝坝基稳定的一个重要因素,为了研究在重力坝抗滑稳定模型试验中扬压力的试验模拟方法,应用了力学分析、理论推导和数值模拟3种方法.依据重力坝的受力特征,提出了用等效荷载模拟扬压力的试验方法及等效荷载的计算公式,并应用模型相似理论,推论了等效模型与实际模型之间存在的相似关系.在此基础上,通过对均质坝基上的重力坝进行数值计算,对比分析了等效模型与实际模型的结构特性,验证了扬压力等效模拟方法的等效性和合理性.研究结果表明,等效荷载模拟方法能较好地模拟扬压力的作用,可用于重力坝抗滑稳定模型试验中.     

重载作用下大碎石柔性基层的抗车辙性能

基于重载,通过室内试验,采用考虑运动车辆与不平整路面相互耦合作用的更加符合实际的汽车动载模型而建立起来的具有较高精度的车辆动力作用下沥青路面车辙计算与预估的方法,对大碎石柔性基层的抗车辙性能进行研究;并通过试验路的跟踪观测对试验成果和三维动载数值计算结果进行了验证.结果表明,重载作用下车辙主要是由横向剪切引起的,采用低标号沥青、压碎值小的优质集料和合理级配的大碎石柔性基层路面的抗车辙能力并不比传统的半刚性基层沥青路面差.     

沥青路面组合结构车辙试验研究

为了研究路面结构对沥青路面抗车辙性能的影响,在车辙试验的基础上,采用有限元方法建立组合结构车辙试验模型,分析组合结构车辙试验的可行性,提出组合结构车辙试验合适的试件厚度宜大于10cm。根据车辙试验设备和试验方法,开发组合结构车辙试模,并提出组合结构车辙试验方法。针对沥青层厚度、层间接触条件和结构层强度比影响因素,进行组合结构车辙试验,进一步验证组合结构车辙试验的可行性,同时分析上述结构因素对沥青路面高温性能的影响规律。研究结果有助于改善高温条件下的沥青路面材料和结构组合设计。     

沥青路面水损害疲劳破坏过程的数值模拟分析

以比奥渗流固结理论和各向同性线弹性损伤理论及疲劳损伤理论为基础,提出沥青路面的水损害力学分析模型,运用轴对称有限元方法对力学模型进行求解,并编制有限元程序进行数值模拟分析.重点分析了孔隙水压力对沥青路面受力状态的影响,以及在有孔隙水存在的情况下沥青路面在车载作用下的疲劳损伤过程.计算结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层的渗透系数、面层厚度以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,孔隙水的存在会导致路面结构应力集中加剧,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

沥青路面足尺加速加载车辙预估

为了建立预估精度高、适用性广的车辙预估模型,提出了考虑混合料剪切强度、路面剪应力、轴载作用次数、路面温度、行车速度和路面厚度的车辙预估模型.该模型采用指数函数表达,采用加速加载设备(ALF)对3种足尺路面结构进行了3种不同温度、不同轴质量下的加速加载车辙试验,并测试了不同加载次数下的车辙深度;以3种结构的车辙深度、试验温度、路面剪应力、结构层厚度、加载次数共117组数据为基础参数,通过多元拟合分析,确定了基准速度为20 km/h的简化车辙预估模型;结合时间硬化蠕变模型及荷载作用时间函数,确定了车辙深度与行车速度的关系,将简化的车辙预估模型经速度修正后得到最终的车辙预估模型.研究结果表明,该车辙预估模型具有因素全面、适用性广的特点,预估精度高.     

具有柔性基层（级配碎石）的半刚性沥青路面设计方法的研究

级配碎石材料在荷载作用下存在一定的塑性变形，这种塑性变形在实际道路上表现为在车辆荷载作用下的路表车辙，本文在吉林通化试验路提出的具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面结构半刚性基层的合理厚度范围的基础上，通过弹塑性有限元的计算，提出采用路表车辙(塑性变形)和沥青下面层层底拉应变控制级配碎石层的厚度来进行具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面结构的设计方法。     

水泥砼路面不同沥青加罩方案的力学响应分析

传统的多层弹性体系理论路面的力学计算方法难以全面地分析水泥砼路面沥青加罩结构的力学响应.利用三维有限元计算工具,分析了水泥路面上不同的加罩结构以及各自不同的层间接触条件、不同的基础处理方法、不同的结构计算参数,在荷载作用下的力学响应,并得出了一些很有意义的结论.     

重载沥青路面结构组合的抗车辙性能分析

为研究结构组合对沥青混合料抗车辙性能的影响,首先对所设计的7种沥青混合料进行动态模量及单层车辙试验,得到基本材料参数及抗车辙性能;然后对7种混合料组合而成的3种路面结构在重载条件下进行双层结构车辙试验,并与单层车辙试验结果进行对比分析;最后,应用光纤光栅智能测试技术对实际路面进行现场应变测试,根据不同路面结构三向应变测试结果评价实际重载沥青路面结构的抗车辙性能．结果表明,单层车辙试验难以准确反映路面结构的抗车辙性能,而双层车辙试验效果良好．在设计抗车辙路面时要考虑不同面层的模量组合,才能最大程度地发挥各层混合料的抗车辙性能．     

基于室内结构试验的半刚性基层开裂数值仿真

为获得半刚性基层沥青路面结构的力学参数并分析其变化规律,设计并修建了大尺度半刚性基层沥青路面结构室内试槽,采用逐级加载方法进行结构内部应力、应变和模量的分层检测与试验.在试验数据的基础上,建立道路三维有限元模型,验证模型正确后进行了承载板数值仿真试验,分析了超载引起的半刚性基层开裂位置、起裂荷载、裂缝状态、应力强度因子和裂缝类型等问题.结果表明:当交通荷载超过起裂荷载时基层裂缝开始出现,沿路面横向基层层底靠近承载板中轴线位置的单元首先开裂,裂缝在行车荷载作用下进一步向上扩展而形成基层横向裂缝;半刚性基层荷载型开裂主要以I型张开型裂缝为主,应力强度因子大小取决于施加的荷载大小、裂缝长度和模型几何尺寸,应重点从合理设计基层厚度、改进基层材料性能和严格控制超载几个方面减少半刚性基层裂缝的产生.     

沥青稳定碎石应力依赖模型的柔性路面结构分析

为建立沥青稳定碎石的非线性应力依赖本构模型,并将该模型应用于路面结构力学分析,提高路面结构分析的准确性.采用动三轴试验模拟不同应力状态,测试沥青稳定碎石的回弹模量,建立材料的非线性应力依赖本构模型;采用Abaqus有限元软件中的UMAT子程序编程并定义沥青稳定碎石的本构模型,进行基于沥青稳定碎石非线性应力依赖本构模型的路面结构数值模拟.结果表明:沥青稳定碎石的回弹模量有着较强的应力依赖特性,在研究所涵盖的应力状态下,其模量最大值为最小值的175%.通过有限元路面结构分析可知,与非线性分析相比,传统的弹性分析低估了沥青稳定碎石基层底部拉应变约10%,低估级配碎石顶部最大压应力约5%.沥青稳定碎石的非线性应力依赖特性显著影响路面分析结果,应在路面结构设计时考虑该特性.     

Rutting Resistance of Asphalt Overlay with Multilayer Wheel Tracking Test

1 InstructionRutting is considered to be one of main distressfoundin asphalt pavements ,especially when the ambienttemperature is as high as in a hot tropical climate or dur-ingthe summer months of temperate countries .Ahot-mixasphalt (HMA) pavement is a layered structure that typi-cally consists of an HMAsurface layer ,an aggregate baselayer ,an optional aggregate subbase layer ,and the sub-grade layer (compacted natural soil) ,fromtopto bottom.Generally,ruttingis caused bythe accumulation …     

公路隧道复合式路面结构的力学性能研究

建立了公路隧道复合式沥青路面结构的三维有限元分析模型,对单轴双轮轴载作用下的隧道复合式路面结构接缝处沥青混凝土内部和界面处应力进行了分析比较,确定偏载为最不利加载位置,提炼出关键的设计指标：纵缝边缘加载位中心对应的沥青层底水平拉应力和接缝处沥青层顶面竖向剪应力。通过对不同沥青层厚度、不同弹簧刚度以及不同基岩模量和基层模量下沥青层应力曲线响应进行探讨分析,确定出接缝具有较好的传荷能力,可以有效降低沥青层的厚度,设置模量较高的基层,有利于降低对接缝传荷能力的依赖。     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.