沥青路面非线性瞬态温度场的分析

沥青路面温度场属于非线性瞬态温度场,其微分方程难于求得解析解.通过对进入路表的对流换热、太阳辐射及辐射换热等方面进行全面地分析.其中包括采用有限元按平面问题进行瞬态温度场的分析,在空间域上采用有限元离散,在时间上则采用差分法.通过与实测的结果比较分析可见,在正确的掌握边界条件、路面材料特性参数及本地区气候条件情况下,能够可靠地计算出不同位置、不同时间路面结构的温度分布.以便于进行温度应力的计算.     

宽温度域内沥青路面结构响应规律分析

为研究较宽温度范围内的沥青路面结构实际响应行为,基于RIOHTrack足尺路面试验环道,以落锤式弯沉仪(FWD)作为试验荷载,选择半刚性基层沥青路面和全厚式沥青路面作为研究对象,对两种路面结构2017年全年的服役温度和结构响应进行同步跟踪观测,得到了宽温度域内沥青路面结构响应基本规律,建立了温度与弯沉、温度与应变、温度与应力之间的关系模型,分析了结构内部应变、应力沿深度方向的分布特征. 结果表明:温度对弯沉、应变和应力响应具有显著影响,随着季节变化,宽温度域内的沥青路面结构响应数值会出现以年为周期的循环交替变化,冬季时结构响应数值小、夏季时结构响应数值大;可采用指数函数模型描述温度与结构响应参数的相关关系,决定系数R²可达到0.95以上,相关性好;宽温度域内,温度变化除引起结构内部应变或应力数值的单调增减以外,还会改变应变方向. 在路面结构计算中,宜选择最不利季节时的温度验算沥青混凝土层的受力状态,以保证结构安全性.     

行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响

利用室内试验确定的沥青混合料的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,结合实测的冬天和夏天沥青路面结构的典型温度场,定量分析了行车速度对沥青路面材料性能及结构力学响应的影响.结果表明,当行车速度从10 km/h增加到130 km/h时,路面结构内动态模量可增加3倍以上,路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变等关键力学响应可减少20%以上.在冬天和夏天,材料性质及路面响应随车速的变化幅度有所不同.研究表明,为了得到更客观的结果,在路面结构分析和设计中应考虑行车速度的影响.     

基于微波作用的道路冬季化冰技术

现阶段我国道路冬季除冰技术存在的问题包括:机械除冰雪等传统方法易使路面结构破坏、太阳能融雪等利用天然能量处治冰雪方法投入费用较高.微波化冰技术是一种具有较高工作效率、有效保护路面结构的道路冬季养护新技术.基于道路微波化冰机理,以ABAQUS有限元模拟与室内试验为主要研究方法,分析了普通沥青路面与水泥路面对微波的吸收能力,得到了微波频率、微波输出功率、微波导出口距路表距离、外界温度、结冰厚度、结冰纯净度等因素对道路微波化冰效果的影响,研究了3种磁性金属材料四氧化三铁(Fe3O4)、羟基铁粉RW和羟基铁粉YW1的吸波能力及将它们掺入路表结构后对道路微波化冰效果的改善作用.最后提出了冬季最低温度高于-30℃地区道路微波化冰技术最佳应用方案.     

热—结构耦合作用下沥青路面动态弯沉温度修正研究

为了研究沥青路面温度对路面弯沉的影响,考虑道路材料参数的温度敏感性,建立沥青路面有限元耦合模型.基于所建数值模型,分析了FWD动态加载作用下路面弯沉在不同温度条件下的变化情况,以及不同厚度沥青路面最大弯沉受温度的影响.同时分析了沥青路面结构及材料参数对动态弯沉温度修正系数的影响,最后基于耦合模型对沥青路面动态弯沉温度修正系数进行了研究,并与试验结果进行了对比.研究表明,路面厚度及基层模量对温度修正系数影响较大,基于有限元模型建立的沥青路面弯沉的温度修正系数与通过试验研究建立的温度修正系数吻合程度较高,可以作为试验研究的有效补充.     

层间接触状况对半刚性基层沥青路面性能的影响

通过建立典型半刚性路面结构的三维有限元模型,采用柔性夹层模拟不同的层间约束条件,研究了路面结构在不同荷载下的受力状态,包括不同结构层的应力、应变及路表弯沉.结果表明层间条件从连续到光滑的变化导致路面结构的应力应变急剧增大;层间条件越连续半刚性基层沥青路面的使用寿命越大,反之,半刚性基层沥青路面的使用寿命越小.     

沥青路面贫混凝土基层应力计算

为分析贫混凝土基层沥青路面新型路面结构的基层应力情况,通过有限元分析方法计算贫混凝土基层的荷载应力,并利用弹性层状体系理论分析沥青面层厚度对其影响,由此推导出基层荷载应力的计算公式.根据不同自然区划的温度场和最大温度梯度,得出贫混凝土基层沥青路面中的基层温度应力的有限元解,于此提出了基层温度应力的计算公式.上述两公式为贫混凝土基层沥青路面结构中基层厚度设计的重要依据.     

北京地区沥青路面结构内部温度变化规律

为了掌握沥青路面温度变化规律,更加准确地指导沥青路面设计和对沥青路面病害的分析,选择北京地区某高速公路沥青路面,在路面结构内部埋设了温度测试设备,对沥青路面结构内部温度进行了跟踪监测和分析,并给出了北京地区路面结构内部温度极值的预测公式.结果表明:北京地区(实验路段中)沥青路面上面层底部全年最高温度为33.8℃,最低温度为-16.8℃.夏季沥青路面结构内部平均温度梯度为0.45℃/cm,冬季为-0.10℃/cm.路面结构内部温度降温速率在农历夏至前后最大,约0.6~1.2℃/h;路面在冬季长时间处于低温状况,降温速率在冬季较小,约0.2~0.4℃/h.北京地区1 a内沥青路面工作温度处于中低温期的时间约占85%左右.     

基于连续变温的沥青路面温度应力分析

为了合理评价温度对沥青路面结构应力影响,选取冬季3种典型连续变化日低温(T1、T2、T3)工况,考虑弹性模量及温缩系数随温度变化的特性,在此基础上建立低温下沥青路面三维有限元模型,分析降温、弹性模量及温缩系数参数对沥青路面温度应力的影响规律.研究结果表明:在保持沥青面层弹性模量和温缩系数不变时,温度从T1~T2、T2~T3降低过程中,沥青面层各层位温度应力都有显著增加,说明温度降低对沥青路面层的温度应力增加有重要作用.在相同温度场作用下,沥青面层模量及面层温缩系数与沥青面层各层温度应力呈线性关系,当这两个参数增加时,温度应力随着线性增大.所以道路结构设计过程中应充分考虑面层模量及面层温缩系数变化对温度应力的影响.     

考虑层间接触的旧水泥混凝土路面 加铺厚沥青层的力学分析

基于试验路段省道120线的路面技术状况,利用有限元软件ABAQUS建立旧水泥路面加铺厚沥青层的三维力学分析模型,并考虑了旧路面与加铺层的层间接触和旧路面间接缝.首先计算分析了结构的温度场,然后分析了结构在温度荷载和车辆荷载耦合作用下调平层厚度对结构力学响应的影响及各结构层的功能需求.得出以下结论：在典型高温天气下,面层顶部的温度高于55℃;温度场变化幅度较大的范围在0~30 cm,增加加铺层厚度可降低因旧路面结构引起的温度应力;加铺层承受了较大的竖向变形,上面层和调平层承受较大的拉应力,是路面由上而下开裂和由下向上疲劳开裂的主要原因;上面层承受着较大的压应力和剪应力,同时下面层和调平层也承受了较大的剪应力;增加调平层厚度,可有效降低调平层的拉应力、压应力和剪应力,可以较大降低对旧路面结构的抗拉强度要求,从而增强了结构抗反射裂缝能力和抗疲劳能力;根据力学分析,给出了各加铺层混合料设计建议.研究成果为改善道路材料设计和提高加铺结构耐久性提供力学理论依据.