长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析

选取半刚性基层沥青路面典型结构,对不同轴载下半刚性层底拉应力的分析发现,典型结构仅适合于超载不严重的交通状态.对混合式沥青路面结构沥青层底拉应变和半刚性层底拉应力进行了计算,得到同时满足沥青层和半刚性层不受疲劳破坏时的沥青层厚度,与国外长寿命路面设计软件PerRoad2.4的计算结果相比,混合式长寿命路面结构更具有经济性.     

面层层间接触对沥青路面设计参数的影响

针对沥青面层层间污染导致面层层间粘结不良的问题,采用壳牌路面设计软件BISAR3.0,选择市政道路典型的两层式半刚性基层沥青路面结构,根据弹簧柔量接触模型,对比分析基、面层层间接触条件和面层层间接触条件对沥青路表弯沉和层底拉应力的影响,进而确定面层层间接触条件对半刚性基层沥青路面设计的重要性。结果表明,面层层间接触条件对路表弯沉和沥青层层底拉应力影响较小,对半刚性基层层底拉应力影响较大,在路面结构设计时有必要验算层间不连续状态下的半刚性基层层底拉应力,并采取有效措施保证面层层间粘结。     

车辆超载作用下层间接触条件变化对沥青路面性能的影响

为探究车辆超载与层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构力学特性的变化规律,选取典型的半刚性基层路面结构,借助BISAR3.0软件中提供的剪切弹性柔量接触模型,分析不同轴载作用下沥青路面基-面层层间接触处于极端状态时的弯沉值、拉应力、剪应力及路面疲劳寿命变化量,并进一步探讨二者对力学特性的影响程度.结果表明:在车辆超载及基-面层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构内评价指标变化显著,且明显大于单一因素对性能的影响;下面层结构内拉应力及剪应力受层间接触条件及车辆轴载的影响较大.在选定的分析条件中,最不利状况与标准状态相比,弯沉值增幅159.5%;沥青层结构内剪应力涨幅为74.6%;半刚性材料结构层内拉应力值涨幅180.7%;车辆超载及层间接触条件恶化,致使路面产生病害的几率增大,使用寿命严重缩短.     

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。     

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.     

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。     

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.     

界面条件对半刚性沥青路面结构应力分布的影响

采用三维弹塑性力学模型的有限元方法,分析了层间接触条件、轴载对路表与路基顶面弯沉、结构层最大拉应力的分布与大小、界面摩擦力与界面位移的影响.揭示了层间界面条件与路面整体性能的重要关系.分析认为,界面连续问题是半刚性沥青路面易发生早期结构病害、极易发生水损坏的关键问题.对路基工作区的深度、最大弯拉应力计算点的位置及目前的高速公路半刚性沥青路面结构超载的临界荷载给出了建议值.     

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。     

不同荷载与层间接触条件下沥青路面力学分析

利用BISAR 3.0程序,分析沪宁高速公路扩建工程的实体路面结构受力情况,得出不同荷载与层间接触条件下,路面结构拉应变、最大剪应力、竖向剪应力、拉应力的分布特征与变化规律,在此基础上,又分析了对路面使用性能的影响。结果表明：超载引起半刚性基层、沥青面层、底基层两个界面层间滑动,进而使整个路面结构受到破坏。     

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.     

半刚性基层沥青路面U形破坏力学机理分析

沥青路面层间粘结不足易导致层间滑移病害的发生,U形破坏是纵向层间滑移的典型破坏形式,多发生在车辆频繁加速、减速的长大纵坡路段。以半刚性基层沥青路面U形开裂为研究对象,采用有限元分析软件ABAQUS,计算了模型在荷载作用下的力学响应,分析了应力在路面内的分布规律,结合路面实际破坏现象,揭示了U形破坏产生的力学机理。经过分析得知:纵向拉应力和剪应力的分布规律分别与U形裂缝的底部和两侧位置相吻合,且U形底部开裂是拉应力导致的张开型裂缝,U形的两侧开裂是剪应力导致的剪切型裂缝。     

层间接触状态对沥青路面结构剪应力的影响

利用ANSYS软件,建立了半刚性基层沥青路面结构三维模型,分析了在相同垂直荷载和3种不同水平荷载作用下,基面层层间接触状态分别处于完全连续、完全光滑和半连续状态时的路面结构最大剪应力。结果表明:随着水平力的增加,沥青面层内的最大剪应力显著增大,且最大剪应力的位置在深度方向上有向上移动的趋势;在相同的水平力作用下,面层和基层层间光滑和半连续状态比完全连续状态时路面结构最大剪应力均有不同程度地增加;路面结构中层间接触条件将增加面层内高应力区的范围。     

交通荷载下沥青路面结构动力响应理论研究

采用移动荷载下黏弹性层状体系动力学模型,分析加厚式半刚性基层结构、改进型半刚性基层结构、倒装式路面结构和全厚式路面结构等4种典型沥青路面结构在标准荷载工况和超载100%工况下的动力响应,研究各种路面结构之间差异.结果发现,面层底部水平剪应变对路面结构使用寿命影响最为严重.     

车辆轴载作用下半刚性基层沥青路面破坏潜力分级

针对不同轴载对半刚性基层沥青路面的潜在破坏能力问题,提出一种根据不同轴载作用下路面力学响应为标准的路面破坏分级方法。该方法应用弹性层状体系理论分析了不同轴载作用下的半刚性基层沥青路面力学特性,通过计算沥青层的抗剪强度、半刚性基层的拉应力和各结构层的压应力,并与标准轴载作用下结构层力学特性进行了比较,辅以各结构层的设计允许应力值,得到不同轴载作用下的路面破坏潜力表。通过对某公路安徽段实测数据的分析表明,该方法可以有效地实现不同轴载对半刚性基层沥青路面的潜在破坏能力分析。     

半刚性基层沥青路面的倒装结构综述

针对半刚性基层沥青路面裂缝比较严重的问题,介绍了倒装结构能防治裂缝的机理,综述了国内外大量 应用实例,详细讨论了我国实验路的使用情况;同时提出柔性基层是解决半刚性基层沥青路面开裂的途径之一.     

水泥混凝土桥面铺装力学行为数值分析

为了分析桥面铺装层的力学特性及其影响因素,结合桥面铺装的结构形式建立了有限元模型,分析了不同水平制动力系数、铺装上下面层材料模量组合及铺装层厚度变化对铺装层内力学状态的影响规律．结果表明,不同的水平载荷对铺装层内的主应力影响较小,而对铺装层内的剪应力影响较大;随着水平载荷的增加,铺装层及防水粘接层内的最大剪应力呈线性增大的趋势;随着铺装层组合模量的提高,铺装层内的主应力变化较小,而层间剪应力相应减小,但变化的幅度较小;增加铺装层的厚度对主应力的影响很小,随着厚度的增加层间最大剪应力减小．研究结果可为桥面铺装材料的选择和结构设计提供理论参考．     

沥青路面耐久性的影响因素分析及其改进措施

影响沥青混凝土路面耐久性的主要因素是车辙、裂缝和半刚性基层的质量．道路交通量大、气温高、路面结构及材料组成配比不当等导致车辙的形成；裂缝因成因不同而分为疲劳裂缝、温度裂缝和反射裂缝，分别探讨了其影响因素；半刚性材料的强度和抗冲刷能力以及施工质量均会影响半刚性基层的质量．应从合理设计路面结构层次及混和料配合比，采取正确的施工方法和养护方法，选择抗冲刷性好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料，提高基层质量等来提高沥青路面的耐久性。