基于层间功能层的水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

通过动态分析有限元方法揭示了设置功能层的半刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下各因素(面层厚度与模量、功能层厚度与模量、基层厚度与模量、地基模量以及行车速度)对力学响应的影响程度,采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析,并通过回归分析得到了路面结构力学响应(面层弯沉差、面层底部拉应力、功能层顶部剪应力和基层底部拉应力)的计算公式,为设置功能层的水泥混凝土路面的结构设计和施工提供理论指导.     

半刚性基层模量衰减对沥青路面结构力学行为的影响

针对目前重载车辆、高性能材料和大厚度结构层的广泛应用,结合半刚性基层在使用过程易出现裂缝导致适应性受到质疑的现象,通过分析不同荷载和半刚性基层材料模量变化时的路面力学行为,研究路表弯沉、层底拉应力、拉应变和剪应力、剪应变的变化,提出了后续运营中当半刚性基层受损后,路面结构仍然保持稳定的基层模量范围,更接近路面实际情况,为设计时考虑基层受损状态而确定材料模量提供理论依据,增强了半刚性基层的适应性.分析结果表明:不同荷载作用下,若半刚性基层受损出现模量衰减,模量在1200~2000MPa之间,面层力学行为和底基层力学行为处于稳定状态;模量在1 200~1 600 MPa之间,半刚性基层即使受损也不会影响其正常使用,此时路面结构整体仍处于稳定状态.     

基于半刚性层模量衰变路面疲劳寿命分析

半刚性路面在使用过程中半刚性基层材料的强度是不断衰减的,为正确预估路面的疲劳寿命,以半刚性基层材料模量衰减为切入点,根据层状弹性体系理论,建立路面结构力学模型,分析模量衰减对各路面结构层疲劳寿命的影响,指出我国现行规范设计指标存在的一些问题,提出建议采用沥青面层层底拉应变和半刚性层层底拉应变两项设计指标。同时为避免路面早期破坏,应设法降低半刚性基层层底拉应力水平,提高半刚性材料的抗拉性能。     

设应力吸收层复合式路面动态响应灰关联分析

为研究车辆动载对设置应力吸收层复合式路面结构的影响,建立三维有限元模型,计算得到不同路面结构参数下路面结构的力学响应结果。基于灰色关联分析理论,定量分析了各结构层参数对沥青加铺层和应力吸收层底的等效应力σe、最大剪应力τmax、竖向剪应力τxy和水泥混凝土板接缝处弯沉差的影响程度。结果表明,水泥混凝土板厚度、沥青层模量、基层厚度和沥青层厚度为影响复合式路面动态响应的主要因素。并通过回归分析得到上述各力学指标的计算公式。     

三轴移动载荷对半刚性路面性能影响分析

为研究多轴车辆移动载荷对半刚性路面性能影响规律,针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,分析了车辆三轴移动载荷对半刚性路面性能影响。结果表明,3轴载荷作用下路面应力变化与车辆轴数有关,当车桥依次驶过路面时,路面应力出现3次突变,沥青层三向压应力、半刚性基层和底基层的垂直压应力、横向拉应力和水平拉应力均增大,最大拉应力出现在半刚性基层和底基层结合处;前轴驶过时轮迹带中心区域各层的横向剪应力最大,后轴驶过时轮迹带边缘区域各层的横向剪应力最大,最大值出现在沥青层底部;中轴驶过时路面各层的水平剪应力最大,最大值也出现在沥青层底部。因此,设计路面结构时,半刚性基层和半刚性底基层应选取抗弯和抗拉强度较高的材料,并应加强沥青面层的抗剪强度。     

基于控制裂缝和车辙的半刚性基层沥青路面力学行为分析

针对目前重载车辆、高性能材料和大厚度结构层的采用,结合半刚性基层沥青路面在使用过程中出现的裂缝和车辙,通过分析不同荷载情况下半刚性基层和沥青面层在改变厚度和模量时的路面结构力学行为,研究路表弯沉、层底拉应力、拉应变和剪应力、剪应变的变化,提出了可以减少路面裂缝和车辙的半刚性基层和沥青面层的厚度和模量范围,改善了路面结构层受力,增强半刚性基层在高等级路面结构中的适应性。分析结果表明:控制裂缝为目的时,沥青面层厚度宜选用17~24cm,半刚性基层厚度宜选用35~50cm;沥青面层模量不宜大于2 500MPa,半刚性基层模量宜在1 400~2 500MPa;控制车辙为目的时,沥青面层厚度宜选择16~25cm,模量宜为1 800~3 000MPa,半刚性基层模量宜为1 600~3 000MPa。     

级配碎石上基层沥青路面结构力学响应分析

目的 研究级配碎石上基层沥青路面结构力学响应规律,为级配碎石上基层沥青路面结构设计提供理论依据.方法 采用ABAQUS有限元分析软件,建立路面结构计算的三维有限元模型,通过改变级配碎石基层的模量和厚度,将半刚性基层沥青路面和级配碎石上基层沥青路面结构力学响应结果进行对比分析,并以此计算结果,从材料弯拉疲劳的角度,对级配碎石上基层沥青路面的疲劳寿命进行的分析.结果 级配碎石模量和厚度的变化对沥青面层的剪应力、层底拉应力,以及半刚性基层层底的拉应力都有不同程度的影响,建议级配碎石层厚度为12cm,模量值应选取350～500MPa进行设计.结论 只要合理设计级配碎石基层的厚度和提高模量,该种结构具有较好的应用前景.     

面层层间接触对沥青路面设计参数的影响

针对沥青面层层间污染导致面层层间粘结不良的问题,采用壳牌路面设计软件BISAR3.0,选择市政道路典型的两层式半刚性基层沥青路面结构,根据弹簧柔量接触模型,对比分析基、面层层间接触条件和面层层间接触条件对沥青路表弯沉和层底拉应力的影响,进而确定面层层间接触条件对半刚性基层沥青路面设计的重要性。结果表明,面层层间接触条件对路表弯沉和沥青层层底拉应力影响较小,对半刚性基层层底拉应力影响较大,在路面结构设计时有必要验算层间不连续状态下的半刚性基层层底拉应力,并采取有效措施保证面层层间粘结。     

长寿命沥青路面结构层参数的敏感性分析

通过长寿命路面结构层参数的敏感性分析,为路面结构设计提供理论依据.结构层参数敏感性分析采用正交试验法,借助Bisar3.0程序计算沥青层底面拉应变εt,路基顶面压应变εc和半刚性基层底面拉应力σt.计算结果表明:显著水平α=5%时,只有沥青混凝土厚度、碎石层模量和沥青混凝土模量对沥青层底面拉应变有显著影响.其中沥青混凝土厚度对3个指标的影响最大.依据计算结果为陕蒙高速长寿命路面试验路推荐了两种典型结构.     

沥青路面合理结构厚度研究

为了确定沥青路面合理结构厚度,分析研究了沥青路面的半刚性基层厚度或粗粒式沥青混凝土上基层(即粗粒式沥青混凝土下面层)厚度与结构疲劳损伤之间的关系,选择了两种典型高速公路常用沥青路面结构和以往较成功的路面结构及参数,应用SHELL公司Basir3.0程序计算在标准轴载作用下不同路面结构厚度的路表理论弯沉、粗粒式沥青混凝土层底面理论弯拉应力、半刚性基层底面理论弯拉应力和半刚性垫层底面理论弯拉应力,计算分析得到路面结构的合理厚度;并进行了经济分析.