考虑实测轮载及各向异性的沥青路面力学响应

为研究各向异性对沥青混合料轮载受力反应的影响,在实测轮载的基础上,采用有限元方法进行沥青路面结构层横观各向同性的弹性应力响应研究.以ANSYS有限元软件中的正交各向异性模型模拟沥青材料横观各向同性,加载实测非均布的轮胎-路面接地竖向压力及水平力,进行各向同性和横观各向同性条件下路面结构层的三向正应力以及剪应力的差异性分析.结果表明:沥青混合料各向异性特性对沥青路面结构层的竖向、横向和剪切应力基本无影响,但其对沥青结构层的行车向方向应力影响较大.目前我国采用的设计标准在弹性框架下不考虑沥青混合料的各向异性特征基本适用.     

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。     

水泥砼路面不同沥青加罩方案的力学响应分析

传统的多层弹性体系理论路面的力学计算方法难以全面地分析水泥砼路面沥青加罩结构的力学响应.利用三维有限元计算工具,分析了水泥路面上不同的加罩结构以及各自不同的层间接触条件、不同的基础处理方法、不同的结构计算参数,在荷载作用下的力学响应,并得出了一些很有意义的结论.     

层间结合对半刚性沥青路面力学响应影响分析

基于弹性层状体系理论,引入古德曼模型接触面单元理念反映层间结合条件,针对国内典型的半刚性基层沥青路面结构,分析不同层间结合条件下路表弯沉、层底弯拉应力、沥青面层剪应力等力学响应.层间结合条件影响了路面结构的力学响应,层间完全光滑使得集中于面层内的剪应力增大.应从设计、施工及运营管理等方面严格控制层间结合条件.     

不同拉拔加载速率对全长锚固锚杆力学行为和声发射响应的影响

考虑到采矿扰动应力的影响,更好地理解不同拉拔加载速率下全长锚固锚杆的承载特性具有重要意义.本文采用一系列的实验室拉拔试验研究了不同拉拔加载速率对全长锚固锚杆力学性能和失效特性的影响.结果表明,锚固试件的力学性能表现出明显的加载速率依赖性和剪切增强特性.随着拉拔加载速率的增加,锚固试件的峰值拉拔载荷增大,而峰值拉拔载荷对...     

粘土永久变形预估模型试验与仿真研究

路基永久变形影响沥青路面的车辙,经详细分析推荐出路基土永久变形试验方案,对粘土进行了重复加载动三轴试验,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式.采用扩展的Drunker-prager土体本构模型,对于粘土重复加载动三轴试验进行了有限元仿真.试验曲线或有限元仿真曲线与预估模型均比较吻合,相关系数R2均在0.99以上;模型参数的回归公式的相关系数R2最小值为0.53,大于临界值0.50.分析结果表明:建立的粘土永久变形预估模型可靠性较高,可以用有限元仿真来代替部分室内重复加载动三轴试验.     

基于响应面方法的轴承多应力加速模型建模与验证技术

针对轴承加速寿命试验中多应力加速模型欠缺、失效规律认识不到位等科学问题,首先,深入分析真空、温度、预紧力、转速、微重力环境下,液体润滑轴承的界面微观失效模式及机理;然后,推导和建立考虑上述多应力综合作用机理的微观接触统一润滑模型,研究给出基于改进牛顿-拉夫逊法的数值解算方法;其次,设计5因素5水平的正交仿真方案,开展真空、温度、预紧力、转速、微重力的失效规律仿真与分析,获得微观接触界面膜厚、压力峰值、摩擦系数、最大下表面应力随应力水平及接触区尺寸变化的失效响应值;最后,建立了基于响应面方法辨识真空、温度、预紧力、转速、微重力水平与失效响应值之间的多应力加速模型,并对其进行试验验证及工程应用,奠定了空间轴承加速寿命试验的模型基础.     

侧限约束下回填砂分级加卸载力学响应

在公路路基和水利堤防工程中时常出现因回填砂压实不密造成局部沉陷的破坏问题．为降低此类破坏发生的可能性,利用三维应力-应变测试技术,开展轴对称条件下回填砂压实过程的力学响应研究．结合数值分析软件,对采集到的原始数据进行矩阵求解,并对循环荷载作用下的应力、应变、静止土压力系数以及应力-应变路径进行分析．试验结果表明,对于回填砂来说,压实次数并非越多越好,而是存在一个最优压实次数值;在试验初始阶段,随着循环次数增加,静止土压力系数增大,即砂土内部水平方向密实度增大;当循环次数大于6时,静止土压力系数不再增加．在一维竖向荷载作用下,荷载法向面内有效正应力响应落后于荷载平行面内有效正应力响应,建议压实过程中控制压实速率,做到有效竖向压实和水平向挤压．分析应力路径和应变路径可知,不同加载吨位和压实方式（不同形式荷载）会影响应力路径,进而影响应变形变．研究结果可为砂土作为填方材料的力学性能提供借鉴,也为实际工程中原位三维应力-应变研究提供参考．     

沥青混合料半圆弯曲试验力学特性数值分析

为了明确半圆弯曲试验(SCB)中试件厚度和直径、辊轴直径与支撑间距对试件力学响应的影响,分析内部应力随加载速率变化的规律,该文根据弹塑性力学原理,采用有限元软件ABAQUS,建立三维非线性有限元模型,对SCB试验进行数值模拟.计算结果表明:25 mm厚度的SGC试件对位移荷载有较好的力学响应;采用5 mm/s的加载速率、12 mm直径的辊轴能够得到较好的实验结果;SCB试验中采用马歇尔试件和旋转压实试件具有相同的力学响应特性.     

基于振动冲击响应法的生物力学等效仿真软质材料的力学性能测试与分析

生物力学等效仿真软质材料力学性能的研究是研制动态仿真假人过程中的重要课题。针对软质材料硬度低、模量小和极易变形等特点,以纵向振动理论和共振原理为基础,提出了采用动态振动冲击响应试验法测试硅橡胶基软质材料的力学性能,搭建了软质材料力学性能的振动冲击测试平台,分析了对测试结果可能存在的影响因素。并对3组不同硬度的硅橡胶基圆柱形试件进行了测试,求得其固有频率和弹性模量。在试验的基础上,应用有限元软件对试件进行模态分析,提取出试件的1阶固有频率。将此参数与试验结果对比,两者误差很小,验证了所提方法的有效性和可行性。测试结果还表明软质圆柱形试件的固有频率与其长度成反比,与硬度成正比,这一结论对于软质圆柱形试件的动态分析研究有着重要的意义。     

Analysis of asphalt pavement structural response from an accelerated loading test

This study was to compare theoretical calculation and practical measurement structure response of asphalt pavement. Analysis of the pavement layer moduli was determined from a Back-calculation of Falling Weight Deflectometer (FWD) data and the measured stiffness moduli of asphalt layer cores. The pavement response was calculated using a theoretical model and the measured strain response at the bottom different layers. Layered elastic theory was used to back-calculate the layer moduli and three different theory models were used to forward calculate the strain and deflection. The models were: Layered Elastic Theory (LET), the Method of Equivalent Thicknesses (MET) with linear elastic and the Finite Element Method (FEM) where asphalt layer may be viscoelastic. The results showed that the calculation structure response from FEM was consistent with measured results.     

特长隧道火灾中沥青路面温度场的数值模拟

采用考虑了湍流效应和辐射传热的扩散燃烧模型,对长隧道在不同规模火源和通风条件下的火灾过程进行了数值模拟.其中,湍流计算采用带有浮力修正的κ ε模型,热辐射采用P-1模型.计算结果与试验数据吻合良好.对隧道火灾过程中路面温度的分布,以及火灾规模、通风条件对其的影响进行了分析.结果表明,低于10 MW规模的隧道火灾基本上不会引起沥青路面燃烧;对20、50 MW规模的隧道火灾,只要分别保持2、4 m/s的通风,也基本上能确保沥青路面不被引燃.加大通风虽能延缓路面温度的升高,但由于扩大了路面升温的范围,当火灾进行到一定时间后,可能引起更大范围内沥青路面的燃烧.     

沥青路面损伤分析及实验开发

利用粘弹性与损伤的分析理论,对含表面裂缝沥青路面进行了有限元分析,计算了损伤区半径和裂缝长度的改变量随温度和加载时间的变化,得到不同加载时间和不同变温的损伤区和断裂区的分布情况,模拟了损伤区的演化和裂缝的扩展过程;通过复合材料理论和劈裂实验的比较,确定了含纤维沥青混凝土的劲度模量,同时对含纤维和不含纤维沥青混凝土路面的疲劳寿命进行了计算、分析和比较,提出了新型抗损伤沥青路面.     

装配式水泥混凝土路面板空心形式研究与优化

为减轻装配式水泥混凝土路面板块的质量, 采用有限元软件ABAQUS研究水泥混凝土空心板, 推荐装配式水泥混凝土实心板块的最佳长、宽、厚和圆形空心类型, 设计和优化圆形截面的局部尺寸, 分析圆形半径、圆形个数和圆心高度对板底最大弯拉应力、板块最大竖向位移、薄壁处最大压应力和剪应力的影响规律。采用熵权法和优劣解距离法进行多指标优选, 得出最佳空心组合为10个半径为60 mm、圆心高度为160 mm的圆形; 对比空心板与实心板, 发现空心板的性能与实心板差异很小, 且空心板质量可减轻970 kg。本研究提出的装配式水泥混凝土空心板以及相应的圆形空心类型和空心局部尺寸均是可行的。     

Harvesting energy from asphalt pavement by piezoelectric generator

This paper presents the way to harvest mechanical energy from asphalt pavement by piezoelectric generator. Results show that the potential energy in asphalt pavement can be up to 150 kW/h per lane per kilometre. Part of the mechanical energy can be harvested by piezoelectric transducers. The performance of seven typical transducers is examined through finite element analysis. Results show that PZT piles and multilayer, cymbal and bridge can work in asphalt pavement environment. PZT piles and multilayer have higher energy converting rate, However, the total harvested energy is small if these transducers are embedded directly in pavement. A prototype pavement generator is developed using PZT piles to increase the harvested energy. The generator can harvest more than 50 kW/h energy from the pavement under heavy traffic. 8-16 PZT piles are recommended for one generator. Round shape is suggested for the PZT piles to reduce the concentration of stress. And multilayer structure is recommended for PZT piles to decrease the electric potential of generator. The generator can be extended as sensor in the asphalt pavement, which can be used to monitor the traffic, pavement stress and temperature.     

基于层间滑移的沥青路面响应分析

对层间发生相对滑动条件下路面体响应的各分量进行了求解.通过算例明确了层间相对滑动对路面响应各分量的影响,计算结果表明面层与基层间相对滑动对路面受力有较大影响,在设计中应予以考虑;基层与土基间相对滑动对路面的影响不明显.路面体各结构层之间的相对滑动使路面承载力下降,是导致普通公路早期破损的原因之一.     

黏弹性对沥青路面疲劳开裂的影响

建立了黏弹性三维有限元模型,对典型沥青路面结构路表及沥青层底的水平应力进行了计算,分析了荷载模式及温度对黏弹性响应的影响。结果表明:在循环荷载作用下,路表和沥青层底都经受水平压应力和拉应力的重复作用,且在路表和沥青层底分别产生少量的残余拉应力和残余压应力,这有可能是造成沥青路面从上到下或从下到上疲劳开裂的原因之一。随着温度的升高,残余应力减少,且路表产生的压应力幅值和沥青层底产生的拉应力幅值都降低。     

水泥-乳化沥青混凝土在桥面铺装结构中的力学行为

为了减少桥面铺装在运营中的各类病害,将水泥-乳化沥青混凝土应用于桥面铺装的下层,并取代防水粘结层,对其适用性进行了研究.采用有限元力学分析方法,通过变换结构层的厚度来模拟该桥面结构层的力学行为.结果表明:当增大水泥-乳化沥青结构层的厚度时,各层之间的剪应力均减小,与桥面板之间的剪应力减小幅度较为明显,该层本身所承受的压应力也随之减小,当该层的厚度增加到3 cm以上时,上下层之间的剪应力下降幅度开始减缓.通过对新型桥面铺装结构力学行为特点进行研究,表明该材料适用于中、小型混凝土桥.     

考虑沥青混合料泊松比影响的路面结构应力分析

基于数字图像测量方法,通过间接拉伸试验测定了不同温度下沥青混合料的泊松比μ变化规律。低温下,μ在荷载比为0.3~0.8时保持相对稳定,而在接近峰值荷载时呈非线性增长;高温下,μ随荷载比的增大而增大。采用三维有限元计算模型,考虑不同温度下沥青层模量及泊松比的变化,对三种典型路面结构进行分析。结果表明,沥青面层的泊松比对沥青路面结构的最大横向应变和最大剪应变有显著影响:当上中面层模量比小于0.8且沥青面层泊松比增大到一定程度时,轮迹带边缘的沥青混合料在荷载作用下有向车辙两侧流动的趋势,容易产生失稳性车辙。这说明在进行沥青路面结构设计时,有必要考虑沥青结构层的协调组合关系和材料泊松比的影响。     

轮载作用下饱水沥青路面的动力响应

为了对沥青路面内的动水压力进行研究,基于Biot固结方程,将沥青混和料看作多孔介质,并考虑了它和水体的惯性力及两者之间的耦合作用,对饱水沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析.结果表明,水压的产生和消散在轮载作用过程中同时存在,导致面层内正负水压力及渗透力随时间交替出现,这证实了水损坏过程中的水力反复泵吸作用.动孔隙水压力随车速的增大而增大,而且由于水压力的存在路面弯沉和面层内的有效应力减小了,但水对沥青膜的乳化和置换作用加强了.动水压力的最大值出现在面层底部,所以建议在面层底部设一排水层,将排水状态由单面排水变为双面排水,将有效抑止水损坏的发生.