钢桥面铺装体系温度应力特性研究

文章首先给出二维弹性层状理论下钢桥面铺装体系温度应力,在此基础上,提出应用二维粘弹性层状理论对钢桥面铺装体系的温度应力进行计算,并将计算结果与二维弹性层状理论体系及国际通用有限元计算软件SAP程序的计算结果进行了比较。同时,以国内某大跨径钢桥试验桥的铺装层结构体系为对象,研究了其周期性变化的温度应力,分别探讨了连续降温、不同降温速率及铺装层厚度变化对铺装层温度应力的影响。     

施工车辆荷载对基层结构影响研究

运用弹性层状体系理论和规范推荐的半刚性材料的疲劳方程进行3层结构体系的层底拉应力和疲劳寿命计算,分析研究基层、垫层和土基3层结构体系的力学特性和疲劳特性.研究发现,重载施工车辆对基层和垫层有很大的破坏作用,垫层材料和结构对半刚性基层沥青路面的耐久性能有很大影响.     

层状路面结构温度应力分析

本文从热弹性层状体系理论出发，利用广义解析九边值理论及奇异积分方程理论，提出了二维层状路面结构温度应力的计算方法，并以目前国内外大量采用的半刚性基层沥青混凝土路面结构为例，进行了数值分析和力学分析，得到了一些以前尚不清楚的重要结果，它们揭示了层状路面结构受环境的因素（如日温差、大风、雨雪等）的影响而产生的温度应力的变化规律与影响因素之间的内在联系。     

沥青路面温度应力裂缝粘弹性有限元分析

沥青路面基层材料的温缩和干缩是沥青路面产生反射裂缝的主要原因之一,在引进粘弹性模型模拟裂缝尖端应力应变场的基础上,编制了粘弹性有限元程序进行裂缝尖端的应力应变分析,并对粘弹性理论与线弹性理论有限元程序温度应力的计算进行了对比研究.     

沥青稳定碎石排水基层沥青路面结构力学行为分析

开级配沥青稳定碎石排水基层沥青路面结构受力特性与传统半刚性基层沥青路面不同,应用基于多层弹性层状体系理论的 BISAR软件通过改变各个结构层的厚度和模量两个因素,计算得到了路面层底应力、最大剪应力和弯沉等力学指标的变化规律,对确定合理沥青稳定碎石排水基层沥青路面结构具有一定指导意义。     

柔性层状路面应力和位移场的边界元分析

为研究任意形状分布的各种荷载作用下柔性多层弹性路面应力和位移的性状分布特点,利用层状材料的广义Kelvin基本解,建立了边界元分析方法.结合广义Kelvin基本解与边界元方法,建立柔性层状路面边值问题的边界积分方程,对于核函数中出现的奇异积分做了解答.该方程中不舍在层状材料交界面上的积分,可求解任意形状分布各种荷载作用下的多层弹性体系应力和位移.算例分析表明:该方法可以获得较高的计算精度;由于采用了层状材料的广义Kelvin基本解,该方法能处理力学参数沿深度方向任意变化的柔性路面.     

沥青路面沥青层偏应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用BISAR软件计算分析沥青路面不同温度区间沥青层偏应力沿深度方向的分布规律;并通过计算大量路面结构,分析总结出沥青层偏应力分布随行车速度、基层模量、基层厚度和面层厚度改变的变化规律。研究结果表明:全温域条件下,不同温度区间和不同轴载等级的沥青层偏应力分布呈现一定的相似性,均先增大后减小,且均在距路表0.06m~0.10m范围内出现最大偏应力,中面层是最大偏应力作用的主要集中区域。沥青层最大偏应力随泊松比的增大而减小,且随着温度的增大,泊松比对偏应力的影响有降低的趋势。在固定评价基准的情况下,给出了不同温度区间行驶速度、基层模量、基层厚度、面层厚度变化时沥青层偏应力变化系数。行车速度、基层模量和面层厚度在温度区间为(35~40]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,分别达到7.74%、7.08%和25.76%。基层厚度在温度区间为(25~30]℃时的改变,对偏应力分布的变化幅度影响最大,达到12.92%。根据伽玛分布曲线概率密度函数建立了沥青路面沥青层偏应力分布预估模型,拟合得到不同面层厚度不同温度区间的偏应力分布预估模型参数,从而可以求出沥青层不同温度区间任意深度处的偏应力分布。     

考虑沥青路面材料参数空间差异性的解析计算及影响分析

复杂服役环境下沥青路面的材料参数存在明显的空间差异性，具体表现为沿深度的模量梯度分布与非连续层间接触以及横观各向同性，实现其解析计算对现有的沥青路面力学响应分析及结构设计方法具有重要的参考价值。为此，从弹性力学基本方程出发，基于状态空间法，推导了具有指数模量梯度的横观各向同性弹性层状体系通解；在此基础上，基于波传递方法，将状态向量转换为波向量，并结合边界条件和层间条件，建立了考虑沥青路面材料参数差异性的多层路面结构解析解；然后借助MATLAB平台编制了数值计算程序，采用文献对比、BISAR程序以及有限元软件ABAQUS验证了该解析解的精度与效率；最后结合典型数值算例，阐述了该解析解在沥青Top-Down开裂和传统路面疲劳损伤分析中的应用。理论推导和数值计算结果表明：该解析解摆脱了弹性力学问题求解对应力函数的依赖性，并且借助波传播方法，避免了求解中正指数过大对求解精度的影响，并使得边界条件和不同层间接触关系的描述更加便捷；沥青路面材料参数的空间差异性不可忽视，沥青面层连续模量梯度会造成更大的路表拉应力和最大剪应力，进而加剧沥青路面的Top-Down开裂；而横观各向同性和层间接触状态间存在耦合效应，从而会加剧沥青路面的疲劳损伤。     

层间结合状态对沥青路面设计指标的影响分析

沥青路面面层与基层间的层间结合问题是近年来道路界关注的热点。目前我国的沥青路面设计规范中验算设计指标时假定路面各层间为完全连续状态,这与实际是不相符的,而路面层间结合状态的改变对所计算的应力、应变值会产生很大的影响。因此以此为切入点,在已有的研究基础上,应用层间粘结系数K来对路面层间结合状态进行量化评价,并根据弹性层状体系理论计算分析了K值的变化对沥青路面设计指标的影响。     

圆形空心墩日照温度效应分析

用热弹性理论分析了混凝土圆形空心墩的日照温度效应问题,推导出了圆形空心墩温度应力分布的弹性理论解,并提出了墩顶温度位移的计算公式。所得理论解比传统计算方法精度更高,计算更简便。     

基于材料非线性的沥青路面结构当量力学分析方法

针对目前沥青路面结构分析中存在的线弹性层状体系假设无法描述材料非线性特性以及结构层模量取值不合理等问题，为了寻找更加符合路面结构非线性服役行为的沥青路面结构分析方法，将材料非线性与层状体系相结合，研究3种典型路面材料模量依赖模型，建立材料模量与结构模量跨越的联系机制，提出了一种基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法，并通过足尺环道实测应变结果对方法的可靠性进行了验证。研究结果表明：基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法，其计算结果与足尺环道实测结果之间具有良好的相关性，方法可靠、合理，可以作为沥青路面非线性分析的一种计算手段；基于材料非线性原理构建的沥青混合料、半刚性材料和路基土的模量依赖模型，可以用于表征路面结构计算中的材料非线性特性；采用Mises等效应力可作为室内单一应力状态和现场复杂应力状态的联系机制，以协调室内试验模式和现场实际受力状态；当路面结构形式、荷载与环境条件确定时，路面结构的力学响应具有唯一性。所提出的当量计算方法一方面获得了一种确定路面材料回弹模量取值的有效技术途径，另一方面改进了沥青路面结构力学分析的合理性和可靠性，在非线性沥青路面分析理论和计算方法等方面具有一定的学术意义和应用价值。     

沥青路面温度场与结构耦合的有限元分析

利用ANSYS对沥青路面温度场进行模拟，并与结构耦合，计算日周期气温下路面结构的温度应力。在有限元分析过程中，考虑了沥青混和料劲度模量、温缩系数是温度场函数的关系。分析结果表明，沥青路面温度应力分析时应考虑温度场在时间和空间上的变化以及温度场对材料热工参数的影响。     

整车多轮动载作用下沥青路面动力响应

车辆荷载作用下沥青路面各结构层受力复杂，现行公路沥青路面设计规范未能考虑车辆振动特性和橡胶轮胎非线性。为研究整车多轮动载作用下沥青路面动力响应，基于车辆动力学、橡胶材料超弹性及沥青路面黏弹性理论，构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型，与实际车-路现场测量比较验证本模型的可靠性，对比分析无路面不平度与B级路面不平度激励下，路面各结构层动力响应。结果表明：通过与实际车-路测量结果比较，沥青层底部纵向最大剪应变与实测值误差为5.889%，表明该车-路动力学模型可靠、合理；B级路面不平度激励下，后轴左单轮接地法向力为0~86.526 kN，车体法向振动加速度为-0.451~0.372 m·s^-2，后轴左悬架弹力为60.376~68.42 kN；与无路面不平度相比，后轴左单轮最大接地法向力、车体最大法向加速度、后轴左悬架最大弹力分别增加113%、402.7%、7.4%；与无路面不平度相比，沥青路面上、中、下面层纵向最大压应力分别增加18.91%、12.4%、21.1%，纵向最大拉应力分别增加3.94%、6.25%、33.3%；横向最大压应力分别增加10.43%、8.47%、9.19%，横向最大拉应力分别增加12.19%、13.08%、33.33%，且压应力数值远大于拉应力；竖向最大压应力分别增加19.1%、19.35%、20.07%，竖向最大拉应力分别增加26.93%、7.38%、6.2%，且前轮压应力大于中、后轮压应力。以上数据说明路面不平度对结构层响应影响较大，车辆振动特性及橡胶轮胎与路面非线性接触不容忽略。     

车辆载荷作用下沥青路面应力分析

基于沥青路面弹性层状结构,利用ANSYS有限元软件分析了水平载荷、超载额度对沥青路面力学状态的影响,得出沥青路面内部应力、应变分布规律;建立了沥青路面应力分析有限元模型,并利用数值软件进行分析,为沥青路面结构设计和施工提供参考。     

横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解

主要推导三向移动荷载作用下考虑复杂层间接触状态的横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解。首先，从直角坐标系下横观各向同性黏弹性多层体系动力学问题的基本方程出发，借助相对坐标变换和Fourier变换，推导单层沿深度方向的波数域状态向量传递矩阵；其次，基于波传递方法，构造层顶下行波和层底上行波向量，以消除传递矩阵中的正指数项，保证数值计算的稳定性；而后，基于Goodman模型表征的层间接触条件，建立相邻层上、下行波向量的递归关系，并结合荷载和边界条件，对多层体系各层上、下行波向量进行求解；最后，通过Fourier逆变换和相对坐标逆变换，得到沥青路面任意坐标和时刻下的动力响应解析解，并编制数值计算程序。通过ABAQUS有限元模拟，验证了解析解的准确性，且证明了解析解的计算效率远优于有限元模拟；综合分析荷载、材料、层间接触对沥青路面动力响应的影响，可以发现：水平向荷载与路表剪应力关联性强，是导致路面Top-down开裂的重要因素；层间接触条件和横观各向同性均对面层底部水平向应变影响显著，且这2个因素之间存在耦合效应，建议在路面疲劳寿命分析中予以充分考虑。研究得到的解析解可为真实沥青路面力学行为研究提供高效准确的分析工具。     

高模量沥青混凝土路面抗车辙性能分析

从力学角度研究沥青混凝土模量的提高对于车辙产生的影响,提出了抵抗车辙危害新方法。从车辙产生的机理出发,分析高模量沥青混凝土材料的基本力学性能及路面结构中面层模量对车辙产生的影响;利用试验方法分析了高模量沥青混凝土材料的动稳定度和动态模量值,利用数值计算方法分析路面结构力学性能并分析高模量下路面结构的力学响应。通过试验研究发现,高模量沥青混凝土材料的动稳定度和动态模量值都有显著提高,有利于抵抗车辙产生;数值计算结果表明,路面承受最大剪应力的范围在路面结构的中面层,采用高模量沥青混凝土材料,提高路面结构中面层的弹性模量,可以有效地改善路面结构的受力状态,降低剪切应变的数值,抑制和减少沥青路面车辙的产生。     

基于有限元法的混凝土梁桥沥青铺装结构力学分析

以高速公路混凝土梁桥沥青混凝土桥面铺装为研究对象,以弹性力学为理论基础,采用ANSYS有限元软件建立了混凝土梁桥沥青混凝土桥面铺装整体结构模型,将实体子午线轮胎模型运用到桥面铺装结构分析中,同时考虑了轴重和胎压对结构受力的影响,研究了多因素条件下混凝土梁桥沥青混凝土桥面铺装结构的应力敏感性,为复合桥面铺装结构设计提供参考依据。     

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨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应力状况,利用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以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。     

利用BP人工神经网络反算沥青路面基层弹性模量研究

基于层状弹性体系理论,利用BP人工神经网络预测沥青路面基层弹性模量。通过构建路表弯沉盆与沥青路面基层参数之间的数据库,建立了BP人工神经网络反算基层弹性模量预测模型。由理论弯沉盆作为已知输入参数进行反算时,基层弹性模量的反算值与理论值相对误差在8%左右;由实测弯沉盆作为已知输入参数进行反算时,计算弯沉盆与标准化实测弯沉盆的拟合均方差RMSE为4.49%。检验结果表明:基于层状弹性体系理论,建立的BP人工神经网络反算沥青路面基层弹性模量模型,可满足实践工程要求。