加速加载条件下沥青路面结构动力响应

为深入了解交通荷载作用下不同沥青路面的行为特征,通过MLS66加速加载设备模拟实际车辆作用,实测了半刚性基层结构与倒装结构路面的3个方向动态响应,研究了正载与偏载时面层与基层底部的应变响应规律。实测应变显示:半刚性路面中基层底部拉应变大于面层。倒装结构面层底部弯拉应变大于半刚性路面,对荷载作用次数更加敏感。倒装结构中最大拉应变出现在面层底部纵向,疲劳开裂首先在横向出现。2种结构的面层应变响应均体现了沥青混合料的黏弹性特征。不同轴载下应变测值表明,考虑超载车辆对路面结构作用时,应选用接地压力作为参数进行计算。基于MLS66的路面结构动力响应研究,为理解不同路面结构的破坏现象提供了帮助。     

柔性基层沥青路面抗永久变形设计方程研究

拟定几种柔性基层沥青路面典型结构,通过BISAR程序计算路面内部竖向弹性应变分布规律,采用AI法计算温度变化规律,并用动模量公式计算沥青混合料随温度变化的动模量,同时采用AASHTO2002变形预估模型得到塑性应变与温度和弹性应变的关系式,建立塑性应变随深度的变化规律,选择平均塑性应变处的弹性应变、温度、轴次、层厚以及路面永久变形等参数,通过回归分析得到柔性基层沥青路面抗永久变形设计方程。结果表明:该方程具有很好的相关性。     

重载交通下的不同沥青路面结构适应性分析

伴随着国家经济的高速发展,道路交通量的不断增加,沥青路面在重载、超限作用下发生早期破坏的现象日益严重。以弹性层状体系理论为依据,采用弹塑性有限元分析方法,利用ABAQUS对沥青路面结构进行三维有限元模拟,结合马鞍山交通情况分析不同沥青路面结构在不同轴重作用下面层及基层的应力应变情况。通过计算和分析,在重载作用下面层表面剪应力、弯沉及基层拉应力受到路面结构变化的影响较大,并得出柔性基层与半刚性基层沥青路面结构在重载条件下适应性,提出适应于重载交通下的沥青路面结构,推荐合理的沥青路面结构层设计参数和结构组合,根据研究结果为重载交通下的沥青路面设计提供参考。     

考虑水稳碎石性能劣化的沥青路面变形

采用线性Drucker-Prager理想弹塑性模型和时间型指数蠕变速率方程,利用有限元分析软件ABAQUS,分析连续性周期荷载作用下,水泥稳定碎石基层性能劣化过程中荷载作用对层状沥青路面结构受力及变形的影响,并对车轮轴载对路面车辙的影响作了深入分析.结果表明：在沥青面层中非弹性应变最大值变化规律与基层模量下降没有表现出明显的关系;沥青面层变形占总变形的比例最大,中面层对车辙的影响最显著;基层性能劣化使路面抗变形能力显著下降,路面永久变形随着基层模量的下降呈强非线性增长;在基层性能劣化过程中,随着沥青面层永久变形值的增加,沥青层面在路面结构中所占比例逐渐下降;在路面投入使用初期,非弹性变形发展较快,限制重载车辆可以有效减少车辙,为路面车辙控制提供了一定的依据.     

基于冷再生基层疲劳等效的沥青路面轴载换算方法研究

为了优化冷再生沥青路面的结构设计,基于冷再生材料的疲劳实验结果,分析了车辆轴重与轮胎接地压强的关系,通过有限元方法研究了各级轴载作用下冷再生沥青路面基层层底拉应力的变化规律,按照疲劳等效原理得到基于冷再生基层疲劳等效的沥青路面轴载换算指数为4.64。考虑到安全因素,在实际应用中建议取轴载换算指数为5.0。通过冷再生基层与半刚性基层路面的轴载敏感性对比分析可知,利用冷再生技术对半刚性基层进行结构转换,可极大地改善路面的轴载敏感性,更好地保证路面使用寿命和行驶质量。     

层间接触状况对半刚性基层沥青路面性能的影响

通过建立典型半刚性路面结构的三维有限元模型,采用柔性夹层模拟不同的层间约束条件,研究了路面结构在不同荷载下的受力状态,包括不同结构层的应力、应变及路表弯沉.结果表明层间条件从连续到光滑的变化导致路面结构的应力应变急剧增大;层间条件越连续半刚性基层沥青路面的使用寿命越大,反之,半刚性基层沥青路面的使用寿命越小.     

动载作用下半刚性沥青路面瞬态响应分析

为了研究车辆行驶作用下半刚性基层沥青路面的力学响应规律,采用大型有限元分析软件ANSYS12.0,基于实测荷载图式建立了非均布竖向移动荷载下层间有限粘结的弹性体系模型,探讨了动载作用下半刚性沥青路面竖向位移、各向应力和应变的瞬态动力响应规律。结果表明:通过实测轮胎接地面积计算得到折减系数为0.82,进而得到更为精确的荷载响应结果;荷载移动过程中,半刚性沥青路面的水平拉应力和拉应变的最大值并非出现在基层层底,路面各层计算点会出现交替受压或受拉现象;进行路面结构分析时,应通过控制行车方向的应力和应变满足水平方向的力学响应要求。     

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     

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。     

车辆多轴恒动载作用下柔性路面疲劳寿命研究

为研究车辆多轴移动恒动载作用下柔性沥青路面的疲劳寿命,采用有限元分析软件ABAQUS建立考虑柔性沥青路面粘弹性的三维有限元模型,计算车辆多轴移动恒动载作用下柔性沥青路面应变响应,并应用应变疲劳模型对柔性沥青路面进行疲劳寿命预测。预测结果表明,在车辆多轴移动恒动载作用下,沥青各层的3个方向应变响应均不相同,沥青下面层底面的横向拉应变数值最大;以车辆前轴和中、后轴车轮的路面疲劳损伤度代替其他轴的路面疲劳损伤度,预估路面疲劳寿命分别为2.813×1011和1.037×1011,相对于以车辆前轴和中、后轴车轮的路面疲劳损伤度,一起预估路面疲劳寿命分别增大114.08%和减小21.08%。该研究可为路面结构的设计与路面寿命评估提供参考依据。     

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．     

半刚性基层沥青路面面层剪应力峰值的影响因素

目的探讨沥青路面面层剪应力峰值变化规律和影响因素.方法运用多层弹性体系理论,双圆均布荷载下,考虑路面结构层厚度、模量变化以及层间状态的不同,分析半刚性基层沥青路面剪应力峰值的变化规律和影响因素.结果沥青路面剪应力峰值会随面层厚度的增加而减小,随基层厚度的增加而增大;沥青路面使用过程中面层模量变化以及设计选取基层模量过高会导致剪应力峰值的提高;层间出现滑移也将导致沥青路面剪应力峰值的大幅度增加.结论路面结构层模量变化及层间连接状态的不同对沥青路面剪应力峰值有显著的影响;路面结构层厚度对沥青路面剪应力峰值的影响相对较小,但也不容忽视.设计和施工过程中应充分考虑沥青路面剪应力的影响因素并加以控制.     

沥青路面表面裂缝扩展分析

沥青路面早期裂缝的出现,降低了道路的使用年限.为了研究使用状态下沥青路面表面裂缝的扩展行为,基于断裂力学理论,应用有限元软件ABAQUS,分析了移动荷载下裂缝应力强度因子K11的变化规律,研究了不同裂缝开裂深度和不同的层间摩擦接触状况下的路面响应,并探讨了面层厚度、面层和基层模量等路面结构参数对裂缝扩展的影响.为半刚性基层沥青路面的合理化设计和沥青路面的维修养护提供一定的理论参考.     

温度影响下的橡胶沥青应力吸收层的应力分析

高温开裂已经成为沥青路面的主要危害之一。橡胶沥青是良好的沥青改性剂,其具有吸收应力,改善沥青高温性能、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝等优点。利用ABAQUS有限元软件,选取15℃、20℃和60℃下沥青路面的热特性参数,分析在不同温度下橡胶沥青应力吸收层对半刚性基层路面结构和柔性基层路面结构的应力应变规律,推荐合理的沥青路面结构层设计参数,为工程实践提供理论依据。     

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.     

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.     

高温地区沥青路面结构抗车辙性能分析

车辙是高温地区沥青路面主要的病害之一,为分析温度对沥青路面抗车辙性能的影响,选取半刚性基层、冷再生基层及柔性基层3类典型的沥青路面结构,采用ANSYS有限元软件建立模型,以应力、应变及车辙预估值来表征不同结构沥青路面的抗车辙性能。研究结果表明:沥青路面结构剪应力、剪应变峰值出现在距路表6~7cm处,压应变峰值在距路表6~7cm处,且应力应变峰值出现位置基本上不随温度变化;随着温度的增加,应变的增长较应力更为明显;在高温条件下,与半刚性基层和冷再生基层沥青路面相比,柔性基层沥青路面具有更好的抗车辙性能。     

具有柔性基层的半刚性沥青路面三维模型计算

根据实验资料,充分考虑级配碎石层的材料性质,建立了具有级配碎石基层的半刚性沥青路面结构的三维计算模型。分析表明:塑性突出的级配碎石层能优先于沥青面层和半刚性基层吸收路面结构在荷载作用下产生的应变能,从而提高了结构的抗裂及抗疲劳性能;级配碎石层能显著改善路面结构的力学性质,合理的设计能改善路面的使用性能,延长其使用寿命。     

具有碎石基层的沥青路面结构的非线性有限元分析

对具有碎石基层的沥青路面结构,采用8节点等参元的弹塑性有限元模型,分析了路面结构的变形、应力及塑性区域．分析结果表明,均布车载下该结构的最大位移发生在路面面层的对称轴上,这与采用弹性层状体系设计沥青路面的最大弯沉点位置一致;最大主应力发生在沥青面层底部且最大塑性应变发生在对称轴上, 塑性影响区在离对称轴3．5倍当量圆半径的范围内．与经验公式相比,该计算结果合理,为揭示沥青路面的实际工作状态提供参考．     

具有柔性基层的半刚性沥青路面三维模型计算

根据实验资料，充分考虑级配碎石层的材料性质，建立了具有级配碎石基层的半刚性沥青路面结构的三维计算模型。分析表明：塑性突出的级配碎石层能优先于沥青面层和半刚性基层吸收路面结构在荷载作用下产生的应变能，从而提高了结构的抗裂及抗疲劳性能；级配碎石层能显著改善路面结构的力学性质，合理的设计能改善路面的使用性能，延长其使用寿命。