车辆速度对沥青路面动力响应影响试验研究

通过野外现场试验,检测运动车辆荷载下沥青路面各层层底的动应变响应,以面层底部的动应变为分析对象,研究车辆速度对沥青路面结构动力响应的影响．研究结果发现,面层底部动应变既包括拉应变,又包括压应变,呈拉压应变交变状态,一定应力比下沥青混凝土的疲劳寿命与简单拉应力下的疲劳寿命差异严重,进行沥青路面结构设计时,应以应变或应力循环范围为动态设计控制参数;随着车速提高,最大拉应变和应变幅度总体呈现下降趋势,最大压应变和应变比总体呈上升趋势．重载车辆在低速状态对路面的破坏作用更加严重．应变比既受轴重的影响又受速度的影响,正常车辆速度下,14t后桥轴重车辆作用下面层底部应变比约-2．6～-2．1,20t后桥轴重车辆作用下面层底部应变比约-4、4～-3．6．     

土工织物用于沥青加铺层抗反射裂缝的力学与效果分析

由于土工织物具有优良的整体性、连续性和耐久性等物理力学性能,因而应用于沥青加铺层可防止沥青面层过早干裂,提高其抗永久变形能力,有效地防止沥青面层的反射裂缝,许多试验资料表明土工织物的应用可以在相同的面层厚度情况下,提高路面的抗反射裂缝能力,从而增加路面的使用寿命,本文主要分析了土工织物用于沥青加铺层路面抗反射裂缝的力学效果。     

贫混凝土基层沥青路面温度-荷载耦合应力分析

为了分析贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度-荷载耦合应力状况,通过三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量及基层缩缝宽度对沥青路面温度-荷载耦合应力的影响.研究表明:沥青面层厚度和基层缩缝宽度对路面温度-荷载耦合应力有显著影响;基层厚度和模量时耦舍应力的影响不显著.适当增加沥青面层厚度对预防反射裂缝十分有效;改变贫混凝土基层的厚度和模量对预防反射裂缝作用不大;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著.     

对称荷载作用下沥青加铺层内荷载应力变化分析

在交通荷载的作用下,旧路面对沥青加铺层形成的反射裂缝是造成沥青路面病害的主要原因之一.文中研究了沥青加铺层的厚度、弹性模量、综合地基的弹性模量在对称荷载作用下对沥青加铺层的荷载应力影响变化规律,发现裂缝尖端产生破坏取决于尖端是受压还是受拉,进而提出加铺层设计的设计参数.     

HDPE-橡胶粉复合改性沥青应力吸收层混合料疲劳性能

针对反射裂缝在半刚性基层沥青路面中普遍存在问题,为延缓半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生和扩展,本文开展了HDPE－橡胶粉复合改性沥青混合料疲劳性能的研究。在分析了HDPE－橡胶粉复合改性沥青性能对应力吸收层疲劳寿命的影响规律的基础上,通过实体工程的监测开展了HDPE－橡胶粉复合改性沥青混合料路用性能的研究。结果表明：HDPE－橡胶粉复合改性沥青的性质对沥青混合料疲劳特性具有显著的影响,性能良好的沥青使得混合料具有良好的抗疲劳能力,能有效延缓沥青路面反射裂缝的发生。经过试验路的应用,也证明了HDPE－橡胶粉复合改性沥青混合料作为应力吸收层是沥青路面防止反射裂缝的有效途径之一。     

长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析

选取半刚性基层沥青路面典型结构,对不同轴载下半刚性层底拉应力的分析发现,典型结构仅适合于超载不严重的交通状态.对混合式沥青路面结构沥青层底拉应变和半刚性层底拉应力进行了计算,得到同时满足沥青层和半刚性层不受疲劳破坏时的沥青层厚度,与国外长寿命路面设计软件PerRoad2.4的计算结果相比,混合式长寿命路面结构更具有经济性.     

基于连续变温的沥青路面温度应力分析

为了合理评价温度对沥青路面结构应力影响,选取冬季3种典型连续变化日低温(T1、T2、T3)工况,考虑弹性模量及温缩系数随温度变化的特性,在此基础上建立低温下沥青路面三维有限元模型,分析降温、弹性模量及温缩系数参数对沥青路面温度应力的影响规律.研究结果表明:在保持沥青面层弹性模量和温缩系数不变时,温度从T1~T2、T2~T3降低过程中,沥青面层各层位温度应力都有显著增加,说明温度降低对沥青路面层的温度应力增加有重要作用.在相同温度场作用下,沥青面层模量及面层温缩系数与沥青面层各层温度应力呈线性关系,当这两个参数增加时,温度应力随着线性增大.所以道路结构设计过程中应充分考虑面层模量及面层温缩系数变化对温度应力的影响.     

沥青路面反射裂缝机理及夹层结构应力分析

目的 研究反射裂缝对面层结构内部应力的影响及应力吸收层模量对裂缝尖端应力的影响.方法 采用断裂力学理论对路面裂缝的形成和扩展进行分析,利用有限元软件ANSYS对路面结构进行数值模拟,研究沥青结合料路面反射裂缝产生机理.结果 有裂缝的路面结构在裂缝尖端处的剪应力和拉应力均有突变,裂缝尖端的应力场有明显的奇异性.在车辆动载的作用下,半刚性基层裂缝尖端剪应力的奇异性导致裂缝反射到沥青面层上.结论 选择低模量、抗剪切能力强的应力吸收层能够抑制剪切型反射裂缝的发展.     

沥青稳定基层路面结构的研究

高速公路半刚性基层沥青路面出现反射裂缝是非常普遍的现象,但沥青稳定柔性基层的试验路经两年观察无反射裂缝.对于沥青稳定基层结构的设置,根据国外研究资料并通过理论分析表明,适当增加基层厚度有利于减小层底拉应变,从而提高路面结构的耐疲劳性能.同时采取措施提高土基模量也能显著增强路面结构的承载能力.     

具有柔性基层的半刚性沥青路面的理论计算

针对我国高等级公路半刚性沥青路面采用柔性基层 (级配碎石 )防止反射裂缝的作法 ,考虑柔性基层非线性(弹塑性 )特性的基础上 ,采用弹塑性有限元法分析了吉林通化试验路三种路面结构面层底面及半刚性基层底面弯拉应力的变化规律 ,在此基础上对通化试验路具有碎石基层的半刚性沥青路面结构设计提出了一些合理的建议 ,并对通化试验路两种具有碎石基层半刚性沥青路面结构的沥青面层的抗疲劳寿命进行了预估     

采用离散元法分析路面结构的疲劳特征

为了在考虑疲劳损伤和恢复性能的基础上,获取路面结构在重复荷载作用下的疲劳特征,采用离散元方法建立了路面结构模型,并分析了在正弦重复荷载作用下路面结构沥青层底部的受力特性.由于路面荷载的随机性,分别以荷载大小、荷载间歇时间、荷载作用次序为考察对象,分析其对路面结构沥青层底受力特征的影响.研究结果表明:随着周期荷载作用次数的增大,沥青层底部拉应力快速增大至某一基础值,并在此基础值附近呈周期性波动,拉应变则在以一定幅值波动的同时,呈现整体水平先急剧增大后缓慢增大的规律;延长荷载作用的间歇时间,虽然一定程度上增大了拉应力和拉应变的波动幅值,但却显著降低了沥青层底拉应力和拉应变的整体水平;不同的荷载作用次序在沥青层底引起的应力应变状态不同,从小至大序列的荷载对沥青层造成的损伤明显小于从大至小序列的荷载.     

宽温度域内沥青路面结构响应规律分析

为研究较宽温度范围内的沥青路面结构实际响应行为,基于RIOHTrack足尺路面试验环道,以落锤式弯沉仪(FWD)作为试验荷载,选择半刚性基层沥青路面和全厚式沥青路面作为研究对象,对两种路面结构2017年全年的服役温度和结构响应进行同步跟踪观测,得到了宽温度域内沥青路面结构响应基本规律,建立了温度与弯沉、温度与应变、温度与应力之间的关系模型,分析了结构内部应变、应力沿深度方向的分布特征. 结果表明:温度对弯沉、应变和应力响应具有显著影响,随着季节变化,宽温度域内的沥青路面结构响应数值会出现以年为周期的循环交替变化,冬季时结构响应数值小、夏季时结构响应数值大;可采用指数函数模型描述温度与结构响应参数的相关关系,决定系数R²可达到0.95以上,相关性好;宽温度域内,温度变化除引起结构内部应变或应力数值的单调增减以外,还会改变应变方向. 在路面结构计算中,宜选择最不利季节时的温度验算沥青混凝土层的受力状态,以保证结构安全性.     

非均布动载荷下沥青路面粘弹性有限元分析

为探求水平力对路面力学响应的影响,按照粘弹性层状体系理论,采用ANSYS软件建立半刚性基层沥青路面有限元分析模型,分析了非均布动载荷下路面的力学响应,与只有垂直力作用下路面力学响应相比,水平力和垂直力共同作用下沥青面层的弯沉增大,各层尤其是沥青面层的正应力增大,沥青面层的剪应力及应变增大,在路面动载响应的研究中加载水平力是必要的。     

土工合成材料改善沥青路面性能的试验

为了抑制或延缓路面裂缝的产生,减少车辙的发生,防止雨水下渗,减轻下面层混合料的水损害及基层软化,对玻纤布、聚脂浸胶热压布、大格栅、小格栅4种土工合成材料在沥青面层中的应用进行了双层车辙试验、改良抗剪切试验、拉伸试验和疲劳破坏试验.试验结果表明:4种土工合成材料均能提高混合料的抗车辙能力,考虑到施工方便及材料应用性能的稳定性,建议采用土工布预防车辙病害;4种土工合成材料均能有效延缓路面疲劳裂缝的产生,土工布作用明显优于土工格栅;在防水损害方面,从材料结构组成定性分析可知,土工布浸透沥青后可起到防水卷材的作用,能有效降低水的渗透.     

高等级公路沥青路面剪应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用路面结构有限元法,主要探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律及其影响因素。数据分析结果表明:在各结构层材料性能和厚度允许选择范围内,最大剪应力均分布在距路表3 cm深度范围内;影响剪应力大小的最主要的因素是沥青层模量、泊松比和基层模量。通过计算数据与试验测试抗剪强度对比分析可知:对于普通三层沥青层面层结构,上面层和中面层应进行剪应力验算,且验算时需找到准确的计算点位才能得到各层内最大剪应力值。     

全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

大粒径沥青碎石加铺层结构反射裂缝调查及应力分析

采用大粗粒径沥青碎石作为裂缝缓解层，利用大粒径沥青碎石的多空隙结构阻断裂缝尖端的扩展路径，消散及吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的应力及应变，减小接缝处加铺层的应力集中现象．采用三维有限元法对设置普通沥青混凝土与大粒径沥青碎石两种类型裂缝缓解层的加铺结构进行力学对比分析可知，后者的荷载应力、温度应力及耦合应力均小于前者的应力值．通过加铺层试验路观测与理论计算分析表明，大粒径沥青碎石裂缝缓解层可有效地防止或减缓水泥混凝土路面沥青加铺层的反射裂缝．     

移动荷载下半刚性基层沥青路面剪应变研究

为了研究半刚性基层沥青路面早期破坏现象,采用移动荷载下黏弹性层状体系动力学模型,分析典型路面结构的动力响应,研究轴重、速度和胎压对面层底部剪应变和面层内部剪应变分布的影响.结果发现,随着轴重和胎压的增加,当速度减小时,面层内部剪应变和面层底部剪应变均增加;轴重较小时,车辆对路面产生的破坏主要发生在上中面层,而轴重较大时,产生的破坏主要发生在中下面层;胎压的变化对2~8 cm深度范围内的剪应变影响严重,随着胎压的升高,出现最大剪应变的深度位置减小.     

高等级公路沥青路面剪应力分析与应用

基于线弹性层状体系理论，采用路面结构有限元法，探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律、影响因素及其评价方法。通过选取不同路面结构参数，包括各结构层厚度、模量和泊松比等，在不同的点位，利用BISAR程序进行力学计算和分析，提出了沥青路面抗剪强度的确定和评价方法。研究结果表明：在不考虑各结构层材料性能和厚度时，最大剪应力均分布在距路表3cm深度范围内；影响剪应力的最主要因素是沥青层模量、泊松比和基层模量；对于普通3层沥青层面层结构，上面层和中面层应进行剪应力验算，下面层可根据实际情况确定是否进行验算；验算时，需找到准确的计算点位才能计算出各层内最大剪应力。