季冻区路面混凝土界面区劣化行为及与强度相关性

为了揭示季冻区路面混凝土界面区在自然环境与车辆荷载耦合作用下的劣化机理，以及界面区劣化对路面耐久性的影响，通过室内设计普通交通环境和超载条件下的荷载-冻融-干湿循环三场耦合试验模拟路面水泥混凝土实际工作环境，并与普通交通条件下的疲劳荷载单因素试验及荷载-冻融双场耦合试验进行对比，以探求季冻区路面混凝土界面区劣化的主要影响因素；采用扫描电镜观测和X射线能谱分析分别测定在混凝土处于不同耦合作用阶段的界面区细观结构、钙硅比变化；采用静态弯拉强度试验测定三场耦合下各阶段的混凝土力学性能，并采用多元回归分析方法揭示路面混凝土界面区劣化行为与混凝土强度的相关性。结果表明：季冻区路面混凝土运营时，车辆荷载主要引起混凝土界面区沿原生微裂缝的局部损坏；冻融循环伴随干湿交替的环境作用促使裂缝在各方向蔓延形成大片缺陷，且该界面区劣化行为是物理-化学过程。主要表现为，路面混凝土的抗弯拉强度呈下降趋势；界面区大量裂缝交叉贯通，密实度显著降低，氢氧化钙结晶析出；超载情况下，疲劳寿命急剧缩短，且界面区内部微裂纹的宽度显著增大。混凝土疲劳破坏时，界面区临界损伤阈值为：界面区宽度为70 μm；密实度为50.96%~54.25%；微裂缝最大长度在24.48~26.04 μm之间；微裂缝最大宽度在11.73~15.72 μm之间。可利用多元线性回归方程描述混凝土强度与界面区结构缺陷之间的定量关系，各结构参数对强度影响程度从大到小依次为：密实度、裂纹宽度、裂纹长度。     

混凝土路面在温度-荷载耦合作用下的破坏机理分析

在寒区气候环境下,混凝土路面相比其它地区更容易出现裂缝。针对寒区混凝土路面破坏和裂缝形成的原因,利用有限元软件,分析混凝土路面面层在温度和循环荷载耦合作用下的变形及裂缝产生机理,得出温度和荷载与路面位移之间的相互关系及温度和循环荷载耦合作用下路面的破坏规律。得出一些对混凝土路面设计和施工有参考价值的结论。     

大粒径沥青混合料基层结构抗裂机理分析

为研究大粒径沥青混合料基层的抗裂机理,采用多层弹性理论程序计算了不同结构类型路面内荷载作用产生的应力应变,基于瞬态传热假设建立了平面有限元模型,计算了降温时路面结构内的温度应力和应变,得到了荷载与温度耦合下各结构层的变形和受力特性。研究发现,当考虑车辆荷载和快速降温共同作用时,快速降温所引起的温度应力远大于标准荷载引起的荷载应力,说明快速降温的温度应力对路面的开裂起主要作用。同时,通过两种结构对比,发现采用ATB 30基层结构的沥青混凝土面层的温度和荷载应力应变均小于传统的半刚性基层沥青混凝土路面。因此认为,设置沥青稳定碎石基层是一种减少沥青混凝土路面开裂的有效方法。     

荷载作用下路面混凝土的抗折性能研究

文中研究了25%,50%,75%应力水平荷载疲劳作用不同次数下路面混凝土抗折强度的变化规律,同时对其作用下路面混凝土的疲劳寿命进行了研究。结果表明,25%应力水平荷载疲劳作用对路面混凝土的抗折强度基本没有影响。50%,75%应力水平荷载疲劳作用随着应力水平的提高和疲劳作用次数的增多其对路面混凝土抗折强度的影响也越大。荷载应力水平越高路面混凝土的疲劳寿命越短。     

浸水条件下沥青混合料的抗变形能力分析

通过对沥青混合料进行浸水车辙试验，分析了沥青混合料在浸水条件下抗变形能力随试验温度和试验荷载的变化规律，拟合了沥青混合料在浸水条件下动稳定度和试验温度及试验荷载之间的关系方程，相关结论对于沥青混凝土路面车辙与水损坏的综合治理，具有指导意义。     

水泥混凝土路面沥青加铺层足尺疲劳破坏试验

车辆荷载及温度变化是引起水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的主要原因。在室内理想条件下应用大型反射裂缝疲劳试验台架进行不同加铺层结构疲劳破坏的对比试验:采用水平位移的变化模拟水泥混凝土板因温度变化而产生的伸缩变形;采用竖向位移的变化模拟水泥混凝土板在汽车荷载作用下接缝两端引起的剪切变形。通过室内试验模拟,检验不同加铺层结构的防裂效果。     

基于多源病害控制的内蒙古地区高速公路路面适用结构分析

针对内蒙古自治区多变气候环境,对11段高速公路病害特征开展调研;构建裂缝扩展有限元模型和车辙蠕变模型,对比6种路面结构的抗温度型、荷载-温度耦合型开裂能力和抗车辙能力.结果 表明,复合式基层、柔性基层结构的温度型裂缝扩展比例在中等交通量下分别降低为半刚性基层结构的65％和11％,重交通量下分别为82％和12％.荷载-温...     

动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能研究

为了探究经历车辆动态疲劳荷载作用后路面水泥混凝土力学性能的衰减规律,基于正交试验设计了力学性能、耐久性及工作性最佳的路面混凝土配比;选取了30%、50%、80%三个荷载应力水平,设计了4种不同的疲劳加载方案对路面混凝土进行疲劳试验。利用MTS测定了不同疲劳加载方案下路面混凝土的剩余强度和应力-应变曲线变化规律,并借助经典的断裂能理论对动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能进行研究。结果表明:应力水平为80%的动态疲劳荷载作用下路面混凝土的剩余弯拉强度呈现衰减趋势,加载4h后其剩余弯拉强度较基准降低了20%;当荷载应力水平为30%、50%时,动态疲劳荷载作用前期混凝土剩余弯拉强度出现负衰减,疲劳加载3h后其剩余弯拉强度较基准分别提高7.9%、3.1%;动态疲劳荷载造成路面混凝土脆性增加,其变形呈现"弹性-塑性-类似弹性"的三阶段衰减规律;路面混凝土的断裂能随着加载时间及荷载应力水平的增加逐渐降低,应力水平大于50%时疲劳荷载对混凝土的断裂能劣化显著;当应力水平为30%、50%和80%时,加载4h后断裂能较基准分别降低24%、57%和66%。     

三轴重复荷载作用下沥青混凝土永久变形性能研究

利用CRT NU-14气动伺服材料试验仪对AC-13、AC-16及AC-20等3种沥青混凝土材料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究不同试验温度和不同应力水平下沥青混合料永久变形变化规律;在流变学理论基础上推导了基于修正Burgers模型的重复间歇荷载作用下沥青混合料力学模型,并通过数据非线性拟合建立了不同温度条件下的材料永久变形与荷载作用次数以及温度的预估公式。研究结果表明：三轴重复荷载试验环境中,材料永久变形呈现明显三阶段变化规律;偏应力水平及温度升高均会导致材料变形发展速率的增大;高温短时间与低温长时间的永久变形等效性证明了三轴动态重复加载试验作为评价沥青混合料高温流动变形特性的试验方法是合适的;＂永久变形-作用次数-应力＂三维曲面具有较好的精度,能直观全面反映沥青混凝土材料高温变形特性。     

重载作用下沥青混凝土路面永久变形有限元分析

针对水泥稳定碎石基层、沥青稳定碎石上基层水泥稳定碎石基层以及级配碎石基层等多种沥青混凝土路面结构类型,利用ANSYS有限元软件构建1/4圆柱体沥青混凝土路面结构有限元模型,提出在接地压力、荷载作用半径以及不同温度(即5℃、20℃、30℃时)路面面层弹性模量变化的条件下,计算分析沥青混凝土路面竖向永久变形.研究路面结构设计参数对路面永久变形的影响,力求更加准确地模拟在重载作用下沥青混合料的永久变形,为沥青混凝土路面的车辙研究和永久病害的防治提供借鉴.     

多车道传力杆自动植入机应用研究

水泥混凝土路面常设置接缝来减小温度和湿度的约束,降低温度和湿度应力,进而控制水泥混凝土板的开裂损坏。然而,接缝是水泥混凝土板的薄弱部位,随着行车荷载作用次数的增加和重载、超载车辆的增多,接缝传荷能力往往在很短时间内大幅度降低,而产生唧泥、错台、断板等病害。因此,《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）要求重、特重交通水泥混凝土路面的每条横向缩缝均应设置传力杆,以提高板块之间的传荷能力,分散车辆荷载应力。     

水平荷载作用下高模量沥青混凝土路面力学响应数值分析

为研究和改善行车水平荷载对沥青混凝土路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了静载作用下各大小水平荷载作用时沥青混凝土路面结构的力学响应规律,对比分析了高模量沥青混凝土(HMAC)设置在路面结构不同层位对水平荷载和垂直荷载综合作用下路面结构力学响应的影响.结果表明:水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6 cm范围以内;在较大水平荷载作用下,路面结构最大剪应力和最大拉应力峰值增大显著,容易造成路面结构的剪切和拉裂破坏;面上面层设置HMAC和上中面层设置HMAC能够有效地改善这些局部路段路面结构的抗剪切和抗拉裂性能,且在效果上后者优于前者.     

典型地区沥青混合料永久变形动态模量代表值研究

沥青混合料在不同的试验温度和荷载频率作用下,其动态力学响应特征不同,不同的温度和行车荷载作用下服役的沥青路面产生的主要路面病害也不同。在沥青路面常见的路面病害中,永久变形属于结构性破坏,可以利用行车荷载作用下的沥青面层混凝土力学响应特征参数来描述。文章通过对内蒙古地区基本状况进行调研,得到分析路面结构参数,然后选取典型区域历年温度参数进行调研,利用调研所得数据,进行永久变形等效温度预估分析,进一步得到永久变形模量代表值。研究结果显示:典型路面结构上、中、下面层的代表温度分别为22.2℃、21.1℃、20.8℃,永久变形模量代表值分别为8570 MPa、9755 MPa、9276 MPa。     

车道荷载横向分布影响下的路面车辙变形分析

采用蠕变力学方法分析了车道荷载横向分布对路面车辙变形的影响。首先利用正态分布对车道内荷载的横向分布进行简化,得到了不同车道横向分布系数下车道断面上不同位置的荷载作用次数系数。然后提出了典型路面并测定了实际温度下的路面材料的力学参数,并对计算荷载及荷载作用时间的计算方法进行了简化,最后采用有限元方法对不同横向分布系数及不同荷载作用次数下的路面车辙变形进行了计算。通过计算分析得到了不同车道荷载横向分布系数下车辙变形永久变形比及隆起系数的推荐值。     

掺入抗车辙剂的沥青混合料高温性能研究

目前我国沥青混凝土路面的车辙问题日益突出,使用抗车辙剂能够有效地提高沥青混合料的高温性能.同时,考虑到产生车辙的一个重要原因是沥青混凝土路面高温条件下在车辆荷载作用下的剪切变形,引入了抗剪强度指标,来综合评价沥青混合料的高温性能.     

疲劳荷载下路面水泥砼裂缝结构特征变化分析

为了研究路面水泥砼内部裂缝在荷载及外界因素作用下的变化,利用室内试验设备模拟路面水泥砼的荷载应力、温度等实际工作环境,对比分析单一荷载作用和荷载、冻融循环耦合作用下路面水泥砼内部裂缝的变化过程。结果表明,荷载应力和冻融循环耦合条件下,C30和C40砼在50%、80%两种应力水平下的裂缝面积宽度比单一荷载应力作用下的大,裂缝宽度比单一荷载作用下的小,应力水平为50%时的最大裂缝长度比单一荷载作用下的大,应力水平为80%时的最大裂缝长度比单一荷载作用下的小,裂缝分形维数比单一荷载因素下的大。     

重冰冻区低温-荷载耦合作用下玄武岩纤维沥青路面的抗裂性能

针对内蒙古重冰冻区沥青路面所处的严寒工作环境及路面病害,提出基于抗裂性能的路面结构控制指标。利用Ansys有限元软件建立新建玄武岩纤维沥青路面结构的计算模型和出现裂缝后的路面计算模型,通过室内试验确定玄武岩纤维沥青路面力学参数、热物性参数与其他参数,分别对其低温-荷载耦合作用下的抗裂性能指标进行计算分析,并对玄武岩纤维沥青混合料疲劳寿命进行测试,验证有限元模拟结果的正确性。研究表明:低温-荷载耦合作用下,易裂点位处新建玄武岩纤维沥青路面各项抗裂指标均有所提升;不同荷载位置对含裂缝玄武岩纤维沥青路面不同裂缝扩展时期的影响具有差异化;含裂缝玄武岩纤维沥青路面在低温-正载K_Ⅰ、低温-偏载K_Ⅰ和低温-偏载K_Ⅱ作用下易裂系数指标K_R都较小;在不同温度和应力水平下,玄武岩纤维沥青混合料疲劳寿命始终显著高于普通沥青混合料。     

水泥混凝土路面唧泥损坏机理与对策

唧泥是我国水泥混凝土路面的主要病害之一，文中分析了水泥混凝土路面唧泥产生的原因、条件和机理，从加强对水的处治、基层的抗冲刷能力和减弱行车荷载的应力等方面进行分析，提出防治水泥混凝土路面唧泥的对策和思路。     

水泥混凝土路面三厚板模型分析

利用三厚板模型对水泥混凝土路面板在车辆荷载作用下的应力及变形进行了分析.模型考虑了路面板横向剪切变形的影响;并采用板间剪切传递能力和地基的抗剪模量分别表示板间联结处的荷载传递作用及地基的内部嵌锁作用;最后通过由三厚板模型解与威斯特卡德薄板解对比的方法,确定了板的横向剪切变形的影响.     

水泥混凝土路面三厚板模型分析

利用三厚板模型对水泥混凝土路面面在车辆荷载作用下的应力及变形进行了分析，模型考虑了路面板横向剪切变形的影响；并采用板间剪切传递能力和地基的抗剪模量分别表示板间联结处的荷载传递作用及地基的内部嵌锁作用；最后通过由三厚板模型解与威斯特卡德薄板解对比的方法，确定了板的横向剪切变形的影响。