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。     

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.     

高等级公路沥青路面剪应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用路面结构有限元法,主要探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律及其影响因素。数据分析结果表明:在各结构层材料性能和厚度允许选择范围内,最大剪应力均分布在距路表3 cm深度范围内;影响剪应力大小的最主要的因素是沥青层模量、泊松比和基层模量。通过计算数据与试验测试抗剪强度对比分析可知:对于普通三层沥青层面层结构,上面层和中面层应进行剪应力验算,且验算时需找到准确的计算点位才能得到各层内最大剪应力值。     

贫混凝土基层沥青路面温度-荷载耦合应力分析

为了分析贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度-荷载耦合应力状况,通过三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量及基层缩缝宽度对沥青路面温度-荷载耦合应力的影响.研究表明:沥青面层厚度和基层缩缝宽度对路面温度-荷载耦合应力有显著影响;基层厚度和模量时耦舍应力的影响不显著.适当增加沥青面层厚度对预防反射裂缝十分有效;改变贫混凝土基层的厚度和模量对预防反射裂缝作用不大;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著.     

重载沥青路面结构组合的抗车辙性能分析

为研究结构组合对沥青混合料抗车辙性能的影响,首先对所设计的7种沥青混合料进行动态模量及单层车辙试验,得到基本材料参数及抗车辙性能;然后对7种混合料组合而成的3种路面结构在重载条件下进行双层结构车辙试验,并与单层车辙试验结果进行对比分析;最后,应用光纤光栅智能测试技术对实际路面进行现场应变测试,根据不同路面结构三向应变测试结果评价实际重载沥青路面结构的抗车辙性能．结果表明,单层车辙试验难以准确反映路面结构的抗车辙性能,而双层车辙试验效果良好．在设计抗车辙路面时要考虑不同面层的模量组合,才能最大程度地发挥各层混合料的抗车辙性能．     

沥青路面结构参数变化对路表弯沉值影响分析

采用基于弹性层状体系理论的BISAR 3.0软件,在层间接触关系为完全连续条件下,详细分析了沥青路面结构的路基回弹模量、基层回弹模量、面层回弹模量、基层厚度及面层厚度对路表弯沉值的影响规律.通过分析,发现路基回弹模量是路表弯沉值的主要影响因素,路基回弹模量与基层厚度组合变化对路表弯沉值的影响比路基回弹模量与底基层厚度、面层厚度组合变化影响大,提出了影响沥青路面结构层设计的最不利组合形式,为沥青路面结构组合设计提供参考依据.     

高等级公路沥青路面剪应力分析与应用

基于线弹性层状体系理论，采用路面结构有限元法，探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律、影响因素及其评价方法。通过选取不同路面结构参数，包括各结构层厚度、模量和泊松比等，在不同的点位，利用BISAR程序进行力学计算和分析，提出了沥青路面抗剪强度的确定和评价方法。研究结果表明：在不考虑各结构层材料性能和厚度时，最大剪应力均分布在距路表3cm深度范围内；影响剪应力的最主要因素是沥青层模量、泊松比和基层模量；对于普通3层沥青层面层结构，上面层和中面层应进行剪应力验算，下面层可根据实际情况确定是否进行验算；验算时，需找到准确的计算点位才能计算出各层内最大剪应力。     

长江隧道刚性基层沥青路面的抗车辙性能

以国家863项目"抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面结构设计与铺装技术"为依托,以武汉长江隧道工程为背景,根据长江隧道路面大纵坡、刚性基层的特点,采用德国汉堡车辙试验方法分析了应用于武汉长江隧道沥青路面面层新型材料AFNA-13和普通沥青混合材料SMA-13的抗车辙性能,并运用有限元方法计算比较了2种材料结构的抗车辙性能,同时对长江隧道路面结构的抗车辙性能进行了有限元模拟分析.得出在相同循环车载作用下,AFNA-13材料比SMA-13材料具有较好的抗车辙性能,沥青路面面层厚度是影响路面的抗车辙性能的主要因素.武汉长江隧道所采用的路面结构具有较好的抗车辙性能.     

既有半刚性基层沥青路面大修处治策略

为了科学地进行高等级公路既有半刚性基层沥青路面结构大修处治策略,利用Abaqus有限元软件建立路面结构分析模型,分析了路面结构层参数对半刚性底基层抗疲劳寿命的影响,并应用北京市高速公路典型路段的实际数据对计算结果进行了工程验证分析,提出了既有半刚性基层沥青路面大修处治策略.研究结果表明:基层厚度、底基层厚度、面层厚度、交通荷载大小对半刚性底基层疲劳寿命的影响较为显著,路基模量和底基层模量的影响次之,面层模量和基层模量等路用材料刚度的影响相对较小.高速公路实际应用状况也表明:沥青路面首次大修年限与沥青面层总厚度的相关性相比路面结构总厚度更加显著,较厚沥青面层的路面结构具有较长的使用寿命;材料模量出现一定衰变,并不影响路面结构的耐久性基础,旧路结构通过加铺增加面层厚度,在不进行全面翻修改造的情况下,仍可以使路面结构具有充足的耐久性,延长其使用寿命.     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层荷载应力分析

为了研究多孔混凝土基层上覆沥青面层的受力状态,建立了沥青路面三维有限元模型,引入横观各向同性弹性本构关系模型作为正交各向异性接触模型,利用有限元软件ANSYS计算了多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的荷载应力.计算结果的对比分析表明:当沥青面层模量不超过1 600 MPa时,多孔混凝土基层缩缝处沥青面层处于受压状态.荷栽作用下,多孔混凝土基层缩缝处沥青面层内的最大剪应力随面层模量的增加而减小,随面层厚度的增加而减小,随基层厚度的增加而减小,随基层与地基模量比的增加而增加.     

Thiopave改性沥青路面力学响应研究

基于Thiopave改性沥青路面良好的高低温稳定性,采用有限元软件对典型半刚性基层沥青面层进行计算,得到不同沥青面层层底力学响应,并对计算结果进行对比研究,得到的主要结论如下：Thiopave沥青路面层底弯拉应力显著大于SBS沥青及基质沥青路面,路表轮隙中心处弯沉值小于SBS沥青及基质沥青路面;随着SEAM掺量的增加,Thiopave沥青路面层底弯拉应力逐渐增大,路表轮隙中心处弯沉值逐渐减小;随着沥青面层厚度的增加,沥青面层底部主拉应力减小,路表轮隙中心处弯沉值也呈现减小趋势．     

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.     

防止沥青路面车辙产生的结构设计参数分析

为了防止沥青路面车辙的产生,分析了沥青路面结构最大剪应力的产生和分布．结果表明,当面层相对刚度很大而厚度较薄时,垂直荷载在路面面层的一定部位产生较大的剪应力,剪应力的过度集中是路面产生车辙等剪切破坏的主要原因．为克服和减少沥青路面结构车辙,除应以设计弯沉为结构设计控制指标外,还应增加水平荷载的控制参数．     

飞机荷载作用下湿化对粉土道基应力响应的影响

我国西北、华北地区因地制宜选取粉土作为道基填料，在机场的服役过程中，“锅盖效应”或降雨入渗等易引发局部积水而使粉土道基湿化。在飞机荷载作用下，粉土湿化对不同跑道结构参数的道基荷载响应影响显著。本文通过自研的湿化粉土道基加载模型试验系统，研究了粉土不同湿化程度的土体应力响应特征，并且建立数值仿真模型，分析了道面板相互作用机制，面层和基层厚度、刚度等不同跑道结构参数下湿化对道基敏感区域应力响应以及荷载响应深度等的影响规律。研究结果表明：道面板间接缝传荷能力对道基应力响应的影响较小。粉土湿化促进了道基中的应力叠加效应，也增加了道基应力响应对跑道结构参数变化的敏感性，但降低了荷载响应深度对跑道结构参数变化的敏感性。在受荷较大的道面板中心点下，粉土湿化下水泥道面板刚度对道基应力响应的影响较小，基层弹性模量是道基应力响应的主要影响因素。面层厚度和基层厚度是受荷道面板外侧角点下道基应力响应的主要影响因素，合理的基层参数能有效降低湿化对道基受力状态的影响，研究成果能为机场工程跑道结构设计、优化以及道基病害处理等提供技术依据。     

干线公路沥青路面设计参数对结构应力的影响

为了合理选择干线公路沥青路面结构设计参数,提高其在使用年限内的性能,应用BISAR程序,选取代表路段,分析了干线公路沥青路面结构参数对基层底面应力的影响,并采用正交试验法进行了结构层参数变化的敏感性分析.研究结果表明:面层底部压应力与基层底部拉应力随着各结构层厚度的增大均逐渐减小,而路面各结构层模量的变化对结构层应力影响不同,面层底部压应力与基层底部拉应力基本随着面层与基层模量的增大而上升,而随着底基层与土基模量的增大则减小.对基层层底应力,各因素影响显著性程度不一样,基层与底基层厚度与模量的变化对其影响显著.因此在干线公路沥青路面设计与施工中,应注重基层与底基层的厚度与刚度.     

武黄沥青加铺中面层材料组成与设计研究

随着交通荷载不断增加，沥青路面中面层已经成为主要承载结构层，同时也是出现车辙比较严重的结构层。依托武黄大修改造工程，对其中面层的材料组成与结构设计进行了研究。通过在中面层中就使用改性沥青，设计出抵抗车辙作用更有效的AC-20I型与AC-20S型沥青中面层结构。结果表明，通过选用出色的级配类型以及在中面层的设计中就选用改性沥青，加铺层整体抵抗车辙的能力得到加强，产生车辙的时间延长随之带来的破坏程度也减小。     

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.     

沥青稳定基层路面结构的研究

高速公路半刚性基层沥青路面出现反射裂缝是非常普遍的现象,但沥青稳定柔性基层的试验路经两年观察无反射裂缝.对于沥青稳定基层结构的设置,根据国外研究资料并通过理论分析表明,适当增加基层厚度有利于减小层底拉应变,从而提高路面结构的耐疲劳性能.同时采取措施提高土基模量也能显著增强路面结构的承载能力.     

公路隧道复合式路面结构的力学性能研究

建立了公路隧道复合式沥青路面结构的三维有限元分析模型,对单轴双轮轴载作用下的隧道复合式路面结构接缝处沥青混凝土内部和界面处应力进行了分析比较,确定偏载为最不利加载位置,提炼出关键的设计指标：纵缝边缘加载位中心对应的沥青层底水平拉应力和接缝处沥青层顶面竖向剪应力。通过对不同沥青层厚度、不同弹簧刚度以及不同基岩模量和基层模量下沥青层应力曲线响应进行探讨分析,确定出接缝具有较好的传荷能力,可以有效降低沥青层的厚度,设置模量较高的基层,有利于降低对接缝传荷能力的依赖。