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。     

车辆循环荷载作用下柔性路面路基的永久变形

柔性路面路基土过量的车辙变形会造成大量的经济损失,影响到路面行车的安全性和舒适性,而且还会引起路面其它形式破坏例如反射裂缝的产生和加强.为此首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状,对现有的路基土永久变形预估模型进行了简要评价并重点讨论了南非车辙预估模型;然后,基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的力学-经验计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量,该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数;最后,以一个柔性路面和半刚性路面为例,应用该模型对不同轴载下的路基变形进行了预估.该预估模型可以为以后沥青路面车辙方面的研究及其沥青路面的设计提供参考.     

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。     

高等级道路沥青路面车辙的预估方法

根据在MTS试验机上对沥青混合料所进行的不同温度、不同应力及不等加载方式下的蠕变试验,对沥青混合料的高温变形特性进行了较为全面的分析,提出了一种有效地表征沥青混合料变形特性的流变学模型,并采用曲线拟合法确定了沥青混合料的模型参数。借助于粘弹性理论和所提出的流变学模型,建立了一种高等级道路沥青路面车辙的预估方法。结合路面的实际条件,提出了车辙计算中有关参数的确定方法,并绘制了供车辙计算查用的诺模图。试验道路上车辙观测结果同预估值较为一致,证实了建议的车辙预估方法的可靠性。     

温度场与荷载对沥青路面车辙的影响及解决方案研究

研究温度场与交通荷载作用对沥青路面车辙变形的影响。通过实地测试沥青路面结构层内温度场分布,运用WITCZAK模型计算分析沥青路面结构层内混合料动态模量波动规律,并采用Bisar 3.0软件模拟计算不同荷载下路面结构层内的应力应变分布。研究结果表明,沥青混合料动态模量随路面温度场波动变化,高温下衰减量可达70%～90%。在温度场和荷载作用下,沥青路面上、下面层内应力应变明显。在路表向下温度递减的温度场下,路面上面层剪应变和竖向压应变等形变较大;在路表向下温度递增的温度场下,路面下面层剪应变和竖向压应变等形变较大。高温与重载的耦合作用易在上面层产生车辙变形;低温下长期荷载作用易在下面层产生车辙变形。在道路中下面层采用硬质沥青,并加强道路管理养护,可有效提升沥青路面的抗车辙性能。     

沥青路面永久变形预估研究

为了精确预估沥青路面的永久变形,以十天高速公路陕西汉中段为试验路段,通过实地观测统计获得了全年路面温度区间分布频率和全年不同温度区间的轴载等级分布频率,采用有限元建模并计算路面结构的偏应力,计算表明,偏应力随深度的增加呈先增大后减小趋势,且路面的中面层偏应力最大.通过不同温度及偏应力的三轴重复荷载试验,建立了SMA-13,AC-20,ATB-30沥青路面重复荷载永久变形黏弹性力学模型,其拟合相关系数大于0.980 0.综合考虑路面温度、路面厚度、荷载作用次数、荷载大小、路面结构中各点偏应力及沥青混合料蠕变柔量等因素,提出了沥青路面永久变形预估方法,试验表明,该预估方法可模拟沥青路面结构实际受力状态,准确预估其容许永久变形寿命.经计算,十天高速公路陕西汉中段的容许永久变形寿命为13a.     

基于参数变异性的车辙深度预估

合理的车辙预估是改善车辙设计的基础,对车辙进行合理预估能够在设计阶段就采取措施,降低车辙病害发生的几率与程度。本文在基于全厚度车辙试验的车辙预估模型的基础上,考虑影响路面车辙发展的温度、轴载、车速不是一个常数的事实,而通常车辙预估模型对应的参数只是取一个统计意义上的均值,没有考虑具体分布变异的影响,对建立的车辙预估模型进行了参数统计变异性分析,进一步建立了考虑参数统计变异性的车辙预估模型。得到如下结论:温度、速度统计变异性对车辙预估结果影响较大,随着统计变异性的增大,车辙预估值增大;轴重统计变异性对车辙预估结果影响较小;对车辙预估模型进行统计变异性修正后,可以提高预估精度。     

高温重载条件下沥青混合料的蠕变试验研究

在4种应力水平、3种温度水平和2种空隙率水平下进行了沥青混合料的重复加载动态蠕变试验,得出了其永久变形与荷载作用次数关系曲线及竖向和横向流动数、竖向塑性应变、竖向塑性弹性应变比等永久变形参数.研究表明,重载车辆对沥青路面产生的高接触应力加剧了其横向流动失稳变形的发展,加速了车辙的产生;车辆轴载增大对沥青路面产生车辙的影响要大于温度变化的影响.     

重载交通下京包高速公路沥青路面设计

结合京包高速公路沥青路面实际设计情况,重点分析了在重载交通下,沥青路面设计中车辆轴载的实际布置情况,并合理运用调整弯沉等效的轴载换算了公式换算标准轴载的当量轴次;结合实际计算半刚性基层沥青路面设计弯沉值,更为合理地确定了路面结构。     

沥青路面温度场理论预估研究概述

简要介绍了沥青路面温度状况及路面温度预估方法,结合国内外关于沥青路面温度场的理论研究成果,归纳总结了理论法求解沥青温度场的一般步骤和方法,指出理论预估模型便于分析沥青层不同深度处的温度随时间的变化,值得推广。