考虑层间状态的沥青路面动力响应有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了考虑轮胎-路面不均匀接触压力分布的半刚性基层沥青路面结构动力响应分析三维有限元模型,并就不同面层-基层层间接触状态对沥青面层结构响应的影响进行了分析。结果表明,不同层间接触状态下,沥青层底应变响应时程曲线的形态一致,但完全连续和非连续状态下应变响应峰值相差较大;实际使用过程中,随着沥青路面面层-基层层间接触状态的衰变,层底弯拉应变会显著增大,易导致面层层底的疲劳开裂。     

机场复合式道面力学响应敏感性分析

为了研究不同边界条件对飞机轮载作用下机场复合式道面力学响应的影响,基于三维有限元模型,考虑临界荷位到水泥混凝土板接缝的传荷能力,获取了不同起落架构型的3种飞机(B737-300,B767-300ER和B777-300ER)轮载作用下复合式道面各层的力学响应,并对不同层间结合系数、不同沥青加铺层厚度、不同水泥板厚度及有无制动力下复合式道面的力学响应做了对比分析。结果表明:多轴起落架荷载下的力学响应呈多应力峰值,力学响应随轮轴数增加显著增大且呈现出叠加效应;随着层间结合系数的减小,沥青加铺层表面应力峰值和沥青加铺层层底应力峰值均增大,水泥板底拉应力峰值减小,机型越大,力学响应对层间结合系数的敏感性就越强;随着沥青加铺层厚度的增加,沥青加铺层层底拉应力峰值逐渐增大,板底部拉应力峰值均匀减小;沥青加铺层层底应力峰值随着水泥板厚度的增加而减小;水泥板厚度在25～35 cm时,水泥板底应力峰值随厚度增加而减小,厚度在35～40 cm时,板底应力峰值随厚度增加反而增大;飞机制动过程中,沥青加铺层表面的纵向压应力增加显著,解释了跑道两端车辙比较严重的现象;沥青加铺层层底,在起落架前方表现为压应力,在起落架后方表现为拉应力,拉应力峰值沿着飞机运动方向呈阶梯形减小,除单轴双轮的B777-300外,其他机型作用下沥青加铺层层底拉应力增加显著,很好地解释了跑道两端滑移裂缝、疲劳裂缝严重的现象。     

碎石化条件等级路水泥混凝土路面加铺层结构优化

该文采用有限元法建立了碎石化条件下混凝土路面二维平面应变模型,对标准轴载和超载条件下不同类型加铺层结构的力学响应进行计算,综合比较路面弯沉、层底拉应力、层底拉应变等各项指标,提出半刚性基层加薄层沥青罩面可作碎石化条件下的加铺层结构;通过优化比较,得出采用半刚性基层加沥青面层可满足设计要求,并对各种基层材料的抗干、温缩,抗水损害等性能进行了比较。     

碎石化水泥混凝土路面加铺层结构研究与设计

该文采用有限元法建立了碎石化条件下混凝土路面二维平面应变模型,对标准轴载和超载条件下不同类型加铺层结构的力学响应进行了计算,分析了路面弯沉、层底拉应力、层底拉应变等指标,提出半刚性基层加碎石化沥青薄层结构的有关建议。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力分析

目前旧水泥混凝土路面的改造工程中,采用沥青加铺层是比较常见的方案,并在其间设置应力吸收层来控制反射裂缝。利用BISAR30程序分析了应力吸收层厚度和模量变化,对旧水泥混凝土路面非接缝和非裂缝区沥青加铺层结构应力的影响。计算结果表明:随着应力吸收层厚度的增加,沥青加铺层的路表弯沉和层底拉应力也不断地增加,并使路面内部的拉应力和剪应力均有不同程度的增大,且随着应力吸收层模量的增大,沥青加铺层内部的路表弯沉和层底拉应力及路面内部应力和剪应力均有不同程度的减小。     

夹层层位对沥青混凝土路面加铺层的抗开裂性能影响

为探索夹层位置在加筋沥青混凝土加铺层中的抗开裂工作机理,首先分析沥青混凝土加铺层常见开裂形式及其产生机理,然后建立有限元模型,将夹层位置分为5种情况,同时考虑旧路有、无裂缝,研究了夹层位置对夹层上下沥青混凝土加铺层结构荷载内力及温度内力影响的规律.结果表明:在交通荷载作用下,随着格栅位置的上移,格栅之上加铺层的竖向剪应力存在一最小值,在此处对防治TDC开裂最佳,从抗反射裂缝及BUC开裂的角度来看,格栅夹层越靠近加铺层层底越有利;在温度荷载作用下,格栅设于加铺层层底,加铺层层底拉应力、拉应变及竖向剪应力最小,格栅设置与否并不影响格栅之上加铺层的拉应力、拉应变,从抗温度作用下的弯拉反射裂缝及BUC开裂的角度来看,建议将格栅设于加铺层层底.     

碎石化水泥混凝土路面加铺半柔性材料结构设计研究

文章针对碎石化水泥混凝土路面加铺半柔性材料复合结构建立有限元计算模型,对比分析了不同影响因素作用下的加铺路面结构力学响应,并采用灰关联分析方法对不同因素的影响程度进行排序。结果表明:下承层模量是影响加铺路面结构力学响应的主要因素,加铺结构层层底拉应变和路表弯沉随着下承层模量的增大而减小。此外,结合水泥混凝土路面改建工程对加铺层结构进行了验算,根据沥青混凝土层疲劳开裂验算要求对下承层模量给出了建议值。     

多次加铺的复合道面疲劳寿命分析

为解决多次加铺的复合道面加铺层使用寿命远低于设计值的问题,利用ABAQUS建立了多次加铺和一次加铺至相同厚度的复合道面三维有限元模型,分析了两种道面模型的力学响应,得出结论:新旧道面的层间状态对剪切力和拉应变的影响较大,将新旧加铺层简化为同等厚度的沥青道面的计算结果将偏小,将会导致设计偏于不安全。根据多次加铺的复合道面层间最大剪应力沿道路深度的分布点位和变化趋势可知:加铺沥青层后,原道面层间剪应力减小,但无论加铺几次,面层剪应力均最大;随着加铺次数的增加,沥青道面层间最大剪应力逐渐增大,并且在层间接触处出现突变,突变值随加铺次数的增大而增大。这说明加铺沥青层并没有改善道面表层的受力状态,相反,随着加铺次数增加,层间结合状态和复合荷载作用等的影响增大,反而会导致表层应力增大,最终加剧表层损伤。     

碎石化后沥青加铺层应力对比分析

碎石化是一种旧水泥混凝土路面处治重要技术,它能降低建设成本,加快建设周期。文章基于有限元分析方法,首先对比分析了碎石化后加铺沥青面层和同厚度级配碎石层上加铺沥青面层的应力,结论认为碎石化后沥青加铺层底的拉应力要小于级配碎石的情况,证明碎石化后水泥混凝土板块优于级配碎石的力学性能;然后,通过改变碎石化层中两个主要分层的厚度和模量,分析不同的破碎程度对加铺层应力的影响,结论认为,碎石化下层厚度在10cm左右时,既能保证碎石化层仍然具有一定强度使沥青层底拉应力不至于过大,又能起到防止反射裂缝的作用。碎石化下层厚度不变时,加铺沥青层的受力状况随着碎石化下层模量的增大会稍有改善,拉应力、拉应变和弯沉都会有所减小,总体幅度在3%~9%之间。     

基于DMA方法的沥青砂浆动态弯拉黏弹特性

为了研究沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性及其影响因素,提出了一种基于动态力学分析方法(DMA)的沥青砂浆动态弯拉试验方法,并对7种沥青砂浆进行了不同条件下的动态应变和频率扫描试验,分析加载频率、温度、油石比、沥青种类和矿料级配对沥青砂浆线黏弹性应变范围及黏弹性能的影响。基于时温等效原理,采用非线性最小二乘法绘制参考温度为20℃的沥青砂浆动态弯拉模量和相位角主曲线。研究结果表明:基于DMA方法的动态弯拉扫描试验,是一种能够有效、可靠评价沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性的测试方法;沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与加载频率成正比,与温度成反比;增加油石比,会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和高温低频条件下的动态模量,增大相位角峰值及温度敏感性,而对低温高频条件下的动态模量与相位角影响较小。相比于普通基质沥青,采用SBS改性沥青和橡胶沥青,均能增加沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与动态模量,减小其相位角峰值与温度敏感性,大幅改善沥青砂浆在高温低频条件下的动态弯拉黏弹特性。矿料级配是影响沥青砂浆体积参数与动态黏弹特性的重要因素,较粗的矿料级配会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和动态模量,增大相位角峰值和温度敏感性。     

基于实测的旧水泥路面薄层罩面动力响应研究

选取4种结构的试验段,通过埋设应力应变传感器,监测加速荷载作用下沥青加铺层层底动力响应,研究了轴重、车速等外部环境对"白加黑"路面结构动力的影响规律,对比了多碎石大空隙沥青面层与普通沥青混凝土面层的结构动力响应。结果表明,沥青加铺层层底压应力和应变均与车速呈反对数变化关系,相同荷载下,弯沉大的应变和应力是弯沉小的1.0~1.2倍;7cm沥青加铺层层底应变是18cm沥青加铺层的4倍左右。多碎石大空隙沥青面层能够部分吸收和消散基层顶部传递的应力和应变。     

垂直非均布移动轮载作用下沥青路面结构数值分析

为揭示沥青路面结构在垂直非均布移动轮载下的力学响应规律,运用3D-Move Analysis程序,开展相同轮载不同轮胎-路面接触应力分布情况下的沥青路面结构动力学分析,并与圆形垂直均布荷载进行对比。结果表明,垂直非均布轮载对沥青面层层底拉应变的影响远大于土基顶压应变,沥青面层底最大拉应变位置随胎压降低向轮隙中心处转移;随着车速增大,高压轮胎与均布轮载作用下沥青面层底的最大拉应变位置变化不大,但低压轮胎作用下的最大拉应变位置向轮隙中心靠近。     

基于有限元的民用跑道沥青加铺层结构性能研究

通过构建机场跑道沥青加铺层有限元模型结构,选取了加铺层结构形式、加铺层数量以及不同受力形式为试验变量,分析了机场跑道加铺层在不同变量下的使用性能。研究结果表明:沥青混凝土的粘弹性特征易形成车辙和拥抱现象;路面加铺沥青层使得层间剪应力和表层应力增加,易出现损伤破坏;当面层受较大水平荷载时,由于层间粘结力较小,易出现疲劳裂缝,形成剪切性破坏。同时较小层间剪应力和板底弯拉应力易导致加铺层设计厚度偏小,使得复合道面更容易出现损坏。     

基于沥青混凝土横观各向同性的路面结构分析

基于沥青混凝土(ALC)的横观各向同性,采用通用有限元软件Abaqus,分别考虑水平荷载的作用和沥青混凝土弹性模量随温度变化的特性,数值模拟计算了横观各向同性沥青路面分别在水平、竖直荷载和温度场作用下的关键力学响应。横观各向同性在模型中定义为水平模量与竖直模量之比(n)。研究结果表明:各响应指标均随n发生变化;n减小时,弯沉和沥青层底拉应变指标随着增大。各响应指标也受到水平荷载和温度条件的影响;在水平荷载作用下,弯沉、拉应变均会增大,当n较小时,弯沉增大幅度更为明显;高温条件下的弯沉比低温条件下大,而拉应变在低温条件下比较大。     

机场复合道面受多轮荷载作用的力学特性分析

建立机场水泥混凝土道面结构加铺沥青层前后的两种三维有限元模型。在A380-800F和B737-800两种通用机型轮载作用下,考虑多轮荷载的影响,分析道面结构的力学特性:包括道面表面弯沉、沥青层底及水泥混凝土层底拉应力、土基顶面压应变。结果表明:3个力学量的分布规律与轮载的布置位置相关,且受到多轮荷载效应的影响;加铺沥青层后改善了道面结构的受力状况,加铺层设计时可将沥青层底及水泥混凝土层底拉应力作为设计控制指标。     

沥青砼加铺层接缝结构能力的弯沉设计标准

针对旧水泥砼路面上沥青砼加铺层的两项设计指标(弯沉差和平均弯沉),分析了接缝处弯沉差与平均弯沉对沥青加铺层疲劳寿命的影响;指出仅将这两项指标作为沥青加铺层设计标准是不够完善的,应结合实际条件,找出最能符合工程实际的设计标准.     

水平荷载对复合路面沥青加铺层结构的影响

根据实测车轮接地压力简化分布形式,采用ABAQUS有限元软件建立了PCC＋AC复合路面有限元三维分析模型,考虑最不利荷位和水平力系数进行复合路面沥青加铺层力学响应的数值分析。结果表明：与仅考虑垂直荷载的传统分析相比,不同的力学指标对应的最不利荷位不同。考虑水平荷载后各力学响应指标随着水平力系数的增加而快速增大,影响程度从高至低依次是最大拉应力、最大拉应变、接缝两侧的弯沉差、MISES等效应力、最大剪应力;当水平力系数≥0．2时,加铺层中的最大拉应力和拉应变的位置将由层底转到层表（增加“表”字）面,此时加铺层表面比层底更容易产生张拉裂缝。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构可靠性分析

为弥补沥青加铺层结构设计依靠工程经验和定性设计的不足,根据可靠度理论和效应-抗力概率模型提出了以路表弯沉、沥青层底拉应力和层底竖向剪应力为控制指标的旧水泥混凝土路面沥青加铺层可靠度分析方法,并运用一次二阶矩中心点法、蒙特卡洛有限元模拟计算结构抗力和荷载效应,定量得到了在两种破坏模式下5种加铺层结构的可靠度范围.结果表明采用两层及以上沥青加铺层和层间处理方案,路面使用寿命较长,可靠度较高;可靠度分析方法比经验法确定沥青加铺层结构更加科学合理.研究结果为沥青加铺层结构设计方法和方案选择提供理论基础.     

基于纹理特征的钢桥面铺装层早期开裂机理研究

采用有限元计算分析方法研究基于纹理特征的钢桥面铺装层早期开裂机理。基于9种典型荷位建立有限元模型,对比计算了铺装层竖向位移、横向拉应力(变)峰值;同时,通过对轮胎施加不同胎压和载荷,分析两者对铺装层竖向位移和横向拉应力的影响规律,并与均布载荷下的计算结果进行对比。结果表明:最不利荷位为两横隔板跨中与U形肋边交叉处,与均布载荷作用下结论一致;胎压从0.4增大到1.05 MPa,铺装层横向拉应力峰值较均布载荷下计算结果增大-36%~110%;轴载从25增大到50.8kN,胎/桥接触模型计算得到的铺装层横向拉应力峰值比均布载荷下的计算结果增大7%~20%。     

基于ABAQUS的水洗灰沥青路面力学性能研究

垃圾焚烧水洗飞灰沥青混合料可以实现垃圾焚烧飞灰资源化利用,体现道路的节能减排设计理念,而沥青路面的力学性能是衡量道路寿命的关键。以某依托工程为基础,在大量实验基础上应用有限元软件ABAQUS,建立沥青路面结构动力响应的三维有限元模型,采用有无对比法分析在移动荷载作用下路表弯沉、层底弯拉应变、层底剪应变等空间分布和位移、应变与时间的关系,得到各层底竖向位移U2时程曲线、应变LE22时程曲线、纵向剪应变LE23时程曲线和最大值。研究表明:与普通沥青相比在移动荷载作用下,水洗灰沥青路面可提高沥青路面结构强度、高温抗车辙能力;降低沥青路面的路表弯沉、低温性能,为实现垃圾焚烧飞灰资源化利用提出了一种新的思路。