基于加速加载试验的沥青路面车辙预估研究

随着运输系统中出现了越来越多的重型吨位的车辆,这在高速路面基层的结构性能和承载强度上提出了更为严格的要求,为解决这一工程难题,加速加载状态下的车辙抗裂性及稳定性成为一项重要研究课题。本就环道下加速加载试验的实测结果进行相关分析,以此建立适合实际路面抗裂性车辙预估模型,旨在为公路工程质量建设提供可借鉴思路。     

沥青路面车辙预估方法的研究

在分析车辙产生主要影响因素的基础上,列举了几种国内外常用的车辙预估方法及最新的研究现状,总结分析了车辙深度与各个主要影响因素的函数关系以及目前车辙预估研究中存在的不足,为今后沥青路面车辙预估研究提供参考。     

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MLS66加速加载试验的沥青路面车辙变形分析

通过MLS66（mobile load simulator 66）加速加载试验,定性、定量探讨了重载交通下高温及常温时沥青路面车辙变形的发生及发展规律.结果表明：在轮载初期的二次压实下路面产生的压密性车辙约占总车辙深度的1/3~1/2;高温下压密变形速率比常温下高1个数量级左右,且平均车辙深度增加速率、平均稳定凹陷变形速率分别约为后者的2倍及5倍;在稳定加载期内,高温下路面隆起面积占总车辙面积比例的平均值约为040,常温下约为045.建议：应根据平均车辙深度增加速率估算车辙变形的发展情况,制定相应的沥青路面养护管理计划;对于改性类沥青混合料需进行极端高温的抗形变能力试验;应以车辙面积和空隙率的变化来评判车辙变形的发生及类型;应改进中面层材料的组成设计,采用模量较高的沥青混合料.     

沥青混凝土永久变形预估方法研究

提出了一种新的沥青混凝土永久变形预估模型,该模型理论明确,有效考虑了剪切因素,用单轴贯入抗剪强度表征沥青混合料本身的抗变形能力,用面层内剪应力表示结构的抗车辙属性.通过不同温度、压力及厚度下的车辙试验,基于分层叠加的基本思想确定了沥青混凝土永久变形预估模型;同时根据波尔兹曼线性叠加原理,在永久变形预估模型中考虑了行车速度;最后采用不同的沥青混合料对该模型进行了验证.结果表明:永久变形预估模型能够较精确模拟沥青混凝土的变形规律,对不同的沥青混合料具有通用性,从而为建立正确的车辙预估方法奠定了基础.     

基于动力问题的高等级公路沥青路面车辙预估方法

基于运动车辆与不平整路面的相互耦合作用,建立车辆动力作用下沥青路面车辙计算与预估方法。提出一种更加符合实际的汽车动载模型;采用室内蠕变试验确定不同级配、不同温度和不同油石比下的沥青面层混合料Burgers黏弹性模型参数;提出以车辙等效的轴载换算及轴载累加作用时间tt计算方法;通过路面温度场观测,综合相应温度场路面材料动稳定度,建立一种新的路面代表温度的计算方法;针对重复与累加作用时间加载的不同,在理论计算基础上,提出不同沥青路面结构加载修正系数;结合有限元方法分析动力轴载累加时间作用下沥青路面车辙及加载修正系数,获得最终车辙预估值。通过邯郸—长治高速公路试验路车辙预估值与实测值对比,误差仅为8%～9.5%。表明沥青路面车辙预估方法的合理性,并具有较高的精度。     

沥青路面车辙及其预估模型分析

首先系统地总结了车辙的形成机理,认为发生在沥青面层的剪切变形是车辙产生的主要原因,同时分析了车辙的影响因素,最后简单评述了一些国内外典型的预估模型,并提出了车辙预估方法的发展方向。     

沥青路面车辙影响因素及预估方法

本文阐述了沥青混凝土路面车辙形成的影响因素,并对沥青路面车辙的预估方法做了分类探讨,对沥青路面车辙问题的认识和预估研究具有一定的指导意义。     

沥青路面车辙预估方法的综述

分析了沥青路面车辙的形成机理,介绍了国内外对沥青路面车辙预估的研究方法,并讨论了各种车辙预估方法与缺点,在此基础上提出了沥青路面车辙预估的研究发展方向.     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验方法

对沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验方法进行了研究,提出了完整的试件制备方法、试验设备要求以及试验的边界条件、温度条件和荷载条件等试验参数.对芯样空隙率与原样试件空隙率的转换关系进行了研究,结果表明:放大原样试件的空隙率,可以保证芯样的空隙率满足要求.对沥青混合料流变数的确定方法进行了研究,提出了采用三次样条插值函数分段拟合永久应变-荷载作用次数的关系曲线,分析了永久应变速率的变化规律,并以此确定了沥青混合料的流变数.重点研究了温度和荷载应力对沥青混合料流变数的影响,确定了最佳试验温度(45 ℃)和轴向应力(700 kPa).最后,对试验方法的重复性和再现性进行了分析,确认该方法精度高,可以作为沥青混合料抗永久变形能力评判的标准试验方法.     

基于加速加载的环氧沥青混凝土道面轮辙特性

对华东某军用机场试验段4种道面在60℃下展开加速加载试验,研究其轮辙变形特性.通过4种道面轮辙变形发展特性对比分析,探究环氧沥青混凝土道面的最大轮辙变形、轮辙变形速率、轮辙变形面积及其隆起比.结果表明:在高温下,环氧沥青混凝土道面具有较好抑制下卧层隆起和应力扩散能力,其抗轮辙性能明显优于SMA道面;环氧沥青混凝土道面轮辙变形发展可分为4个阶段;在加载前期,环氧沥青混凝土道面轮辙凹陷面积大于隆起面积,但加载到一定次数后隆起面积大于凹陷面积;轮辙隆起比与道面结构有关,环氧沥青混凝土道面初期的隆起比较小,加载后快速增大,但达到0.55时保持不变,建议环氧沥青混凝土道面隆起比为0.55.     

水荷耦合作用下的沥青混合料永久变形研究

应用小型加速加载设备MMLS3,对45℃时水-荷耦合作用下的沥青混合料永久变形规律进行了研究.通过与单独荷载作用下沥青混合料永久变形的比较和分析发现:沥青混合料在水-荷耦合作用下的永久变形整体高于单独荷载作用,水对永久变形的影响突显于压密变形阶段;水-荷耦合作用下沥青混合料的蠕变速率较单独荷载作用时大,封闭在沥青混合料空隙内部的水一定程度上有助于抗变形能力;水-荷耦合作用与单独荷载作用时沥青混合料的变形比与荷载运行次数呈幂函数,且随荷载运行次数的增大而降低.     

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。     

沥青混合料车辙影响因素的分析

沥青路面车辙产生的主要原因是路面材料在水平荷载作用下抗剪强度不足,沥青混合料强度取决于混合料矿料间的内摩阻力和沥青与矿料间的黏结力。从沥青混合料的角度出发,分析了与内摩阻力和黏结力有关的影响因素。     

沥青路面抗车辙性能分析

为探究沥青路面车辙形成过程,以力学-经验法研究了3种结构类型沥青路面的车辙累积规律,研究流程包含温度场、沥青混合料动态模量和沥青混合料动态蠕变模型3个分析模块,其中沥青混合料动态模量和动态蠕变模型通过试验方法获取.由温度场分析模块得到不同时刻沥青路面各层的温度,通过不同温度和加载频率下试验获取沥青混合料动态模量,以此作为力学模型参数计算获取不同时刻沥青路面各层的应力状态,进而根据动态蠕变模型分析沥青路面不同层位的塑性应变,累积得到整个沥青路面面层的车辙量.结果表明:AC+AC+AC结构上、中面层为车辙产生的主要层位,而将该结构AC上面层替换为SMA上面层可显著降低沥青路面的车辙量,此时中面层对路面的车辙贡献最大.因此,从减少车辙的角度出发,推荐沥青路面结构采用SMA+AC+AC或SMA+AC+LSPM(大粒径排水碎石)结构,同时应加强中面层材料的高温稳定性设计.     

温度和荷载对沥青铺装层车辙形成的影响

采用ABAQUS在不同温度和荷载条件下对沥青铺装层进行力学分析,揭示沥青铺装层的车辙形成机理。结果表明:温度越高,上面层同一深度处最大应力越大;不同荷载作用时上面层受力趋势基本相同,但荷载越大,上面层沥青混合料应力越大。上面层、中面层和下面层荷载作用区域受压应力控制,水稳基层荷载作用区域则受拉应力控制。