沥青稳定基层模量对路面结构受力的影响

为优化路面结构,针对不同的沥青稳定基层模量以及不同的结构层厚度等的路面结构组合,应用理论方法对沥青路面结构进行计算,分析了不同因素对沥青稳定基层的层底拉应变、土基顶压应变、表面剪应力等的影响,结果表明:增加基层模量有利于降低基层底和土基顶的应变,较厚的沥青稳定碎石基层并不会增加车辙的危险性,增加底基层厚度能降低基层层底拉应变和表面弯沉,增加土基模量能减小表面弯沉。结果为柔性基层路面的设计、施工提供参考依据。     

沥青路面结构层施工过程的变形特征测试

依托于遂广高速公路沥青路面动态响应测试试验段,从静态弯沉和动态弯沉两个方面对半刚性基层沥青路面和倒装式结构沥青路面施工过程的变形特性、荷载扩散能力进行了研究。结果表明:半刚性结构沥青路面路表动态弯沉值和静态弯沉值均小于倒装式结构沥青路面,且结构S3动、静态弯沉值略大于结构S2,半刚性结构中水泥稳定碎石层是结构承载特性的主体,倒装式结构中水泥稳定碎石层和沥青层均具有抵抗车辆荷载的作用,因此建议倒装式结构中采用较厚的沥青层或高性能的沥青材料;级配碎石层的加入导致倒装式结构荷载扩散范围小于半刚性结构沥青路面,其下水泥稳定碎石层在满足其结构层层底拉应力的情况下可适当减薄,加厚沥青层;落锤式弯沉仪测试结果的精度、稳定性和可靠度要优于贝克曼梁测试值,且两者测试值受结构和材料特性的影响较大,没有明显的相关性,建议沥青路面结构层施工过程变形特征测试中采用落锤式弯沉仪。     

沥青路面阻尼特征参数及路表动态弯沉盆分布特征研究

为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题,采用动力有限元数值分析方法,探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法,建立了路基阻尼参数的预估分析模型,考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明:路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素,并受路基模量的影响最为显著,而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计;FWD动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同,相同的路面结构层间接触状态不同,路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异;有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑FWD测试设备的动力特性,以及路面层间实际接触条件。     

粒料层当量模量求解新方法——以粒料基层沥青路面为例

为了给沥青路面合理设计提供参考,围绕粒料的非线性特性对粒料层当量模量展开研究。基于Uzan三参数模型编制材料子程序,并引入Cary&Zapata模型对粒料回弹模量进行湿度调整;利用有限元方法开展不同温湿度组合下的沥青路面非线性结构计算;自主开发迭代反演算法,提出基于关键结构响应(沥青层底最大拉应变等效)的粒料层当量模量求解新方法,并结合当前基于路表弯沉的结构层反算模量进行比较分析。结果表明：(1)由于粒料的非线性,路表弯沉等效并不意味着内部关键结构响应等效,采用基于路表弯沉的线弹性模量反算体系对具有明显非线性的粒料层模量进行求解,存在不合理性;(2)自主开发的基于关键结构响应等效的粒料层当量模量求解方法快速稳定,沥青面层底部最大拉应变的相对误差可控制在1%之内;(3)以层状弹性体系为理论基础的沥青路面设计方法忽略了粒料层的非线性,造成荷载传力路径与真实情况存在偏差,使得实际弯沉(非线性)大于计算弯沉(线弹性),从理论上论证了中国当前“柔性基层沥青路面弯沉验收难以通过”的现实困境;(4)基于关键结构响应的当量模量与当前基于路表弯沉的反算模量之间存在良好的相关性,提出了二者的转换模...     

应变水平对沥青混合料动态模量及黏弹性的影响分析

为了研究应变水平对沥青混合料动态模量的影响及弯拉作用下的沥青混合料动态力学性能,使用两点弯曲试验方法对两种沥青混合料进行了不同应变水平下的动态模量试验。结果表明:应变水平越大,沥青混合料的动态模量越小,相位角越大。根据时温等效原理,计算了主曲线的移位因子lg(αT),绘制了动态模量和相位角主曲线,分析了沥青混合料的动态力学性能。通过二元二次多项式回归把主曲线扩展至三维主曲面。研究结果表明:应变水平对沥青混合料的动态模量和黏弹性有显著影响,超载将加速沥青路面的损害。     

两种长寿命路面结构各层位参数影响性分析

通过Bisar3.0计算沥青路面结构的顶面弯沉、路基顶面压应变和沥青层底拉应变,将此3个计算结果作为指标值,以各个结构层的厚度和模量以及土基回弹模量为影响因素,通过设计正交试验,分析各层位参数对3个指标的影响量。结果表明,沥青面层厚度和基层回弹模量对沥青层底拉应变和土基顶面压应变有着较为显著的影响,而路表弯沉值受土基回弹模量的影响最为显著。     

移动轴载作用下路面沥青层动态响应模量主曲线研究

路面沥青混合料层的模量是路面设计的必要参数之一，为定量分析现场沥青层的实际模量特性，提出了一种由现场实测应变数据出发，确定沥青层动态响应模量主曲线的方法，实现了对沥青层现场动态特性的精准表达。首先，实测了柔性基层、半刚性基层2类典型沥青路面不同温度及轴载移动速度下的沥青层动态应变响应；其次，以实测应变波形为基础，分析了不同加载工况下的现场沥青层加载频率特征；最后，基于实测应变值，利用有限元模型反演得到沥青层的动态响应模量，结合沥青层加载频率，建立了沥青层动态响应模量主曲线，并进一步对该主曲线的可靠性进行了验证。研究结果表明：沥青层内部加载频率与轴载移动速度呈正比，且与温度正相关；沥青层现场动态响应模量值随温度升高显著减小，随轴载移动速度增大而增大；结合加载频率及响应模量反演结果，可利用Sigmoidal模型很好地拟合得到沥青层响应模量主曲线；验证结果表明，该主曲线可较为准确地预估其他温度及轴载移动速度下的沥青层响应模量值。所提出的确定沥青层动态响应模量主曲线的方法可为其他试验路应变实测数据的处理提供参考。     

路面结构层材料非线性特性反演

针对基于落锤式弯沉仪的路面结构层模量线弹性反演在某些情况下的不足之处，引入路面材料的非线性模型，并结合非线性最小二乘优化，研究路面结构层材料非线性特性有限元反演方法，通过实测弯沉盆的反演验证，表明可以较好地解决在基层或底基层上进行FWD检测，以识别薄弱层和监控施工质量时的模量反算问题。     

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。     

基于基层损坏状况的高速公路沥青路面再生维修对策

通过"点对点"测基层弯沉和厚度、底基层弯沉和厚度及路基模量的方法,建立了半刚性基层各类损坏和模量的关系。根据此关系,结合路面结构层承载力的要求,采用乳化沥青再生技术,提出了基于半刚性基层损坏状况的高速公路沥青路面维修对策。经试验路10年重载交通验证,该再生维修对策是可行的。     

基于同伦方法的路面模量反算研究

根据最优化问题的极值条件 ,将模量反算转化为非线性映射求零点的问题 ,结合数值微分计算弯沉对模量的一阶和二阶偏导数 ,建立了基于同伦方法反算路面模量的数学模型 ;并采用 LI-YORKE算法求解微分方程初值问题跟踪同伦曲线 ,获得模量的反算结果 ,在此基础上编制了相应的模量反算程序。通过对 3种路面结构的落锤式弯沉仪 ( FWD)的实测弯沉盆进行模量反算 ,并与国内外其它反算程序比较 ,验证了同伦方法反算结果的精度和可靠性。同时 ,通过选取不同初始值进行反算比较 ,验证了同伦方法的大范围收敛性和反算结果的稳定性。结果表明 ,采用同伦方法进行路面模量反算有效地解决了常规最优化算法的初始值和局部收敛的问题 ,是一种精度好、速度快、效率高、结果稳定且大范围收敛的模量反算方法。     

多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

重载交通下不同基层类型沥青路面结构应力分析

基于我国沥青路面设计理论及标准,参考实际沥青路面结构,选取不同的沥青路面结构与材料参数,如结构层厚度、模量和泊松比等,采用BISAR3.0路面力学计算程序计算分析不同基层类型对沥青混凝土路面结构内部应力状态的影响。结果表明,柔性基层路面与半刚性基层路面的破坏机理存在明显差异,为了实现2种路面的优势互补,应将柔性基层与半刚性基层的结构进行合理的优化组合,以弥补柔性基层和半刚性基层沥青路面的缺陷。     

基于FWD弯沉盆参数的沥青路面土基模量评价方法研究

采用动力有限元方法模拟沥青路面在FWD作用下弯沉盆响应,分析土基模量与弯沉盆几何指标之间的关系以及路面开裂、层间滑移和刚性层深度等变量对弯沉盆的影响.计算结果表明:土基模量可由曲率指标CI_7和形状指标F_8确定;开裂和层间滑移对CI_7-F_8关系曲线没有影响;当刚性层深度小于7 m时,刚性层深度将对CI_7-F_8关系曲线产生影响.最后通过实体工程对评价方法进行了验证.     

考虑车辆移动效应和超载的排水基层路面结构动力分析

为了研究车辆荷载作用下排水基层路面的动力响应,同时考虑车速和轴载的影响,采用移动加载的方法,对不同工况下沥青混凝土路面进行了快速Lagrange有限差分分析.结果表明,路面弯沉并未因排水基层的低模量而增大,峰值甚至有所减小;排水基层的存在减小了底基层底部的动应力,可以抑制反射裂缝的产生;弯沉及动应力均随车速的增大而减小...     

旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的力学机理分析

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土层的技术,关键是如何防止反射裂缝。温度荷载与车辆荷载作用所引起的剪切破坏,是沥青混凝土加铺层（AC层）结构产生反射裂缝的主要原因之一。采用三维有限元法对旧水泥混凝土路面上AC层进行了数值模拟分析,重点考察了在车辆荷载作用下接缝处AC层的剪应力与弯沉差,并且分析了加铺层厚度、旧水泥混凝土板的厚度、地基弹性模量等参数对最大剪应力及最大弯沉差的影响。结果表明,合理确定加铺层的厚度．对于预防和控制反射裂缝产生和发展具有重要的作用。     

面层模量对重载交通沥青路面受力特性及使用寿命的影响分析

面层模量是路面设计的重要力学参数,它的取值将直接影响到路面结构的设计结果及受力特性。应用路面计算程序,系统分析面层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力以及路面结构疲劳寿命的影响,并阐述其影响规律。结果表明,面层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性及使用寿命具有显著的影响,提高面层模量值将增大面层应力,显著减小路表弯沉值、基层及底基层层底拉应力,进而提高路面的疲劳寿命。     

沥青面层模量的检测与损伤分析

为了合理分析沥青面层在重复荷载作用下的损伤发展过程，针对沥青面层进行了模量检测，采用沥青面层模量衰变量与沥青面层无损状态下模量的比值来反映损伤程度，并对该损伤随荷载作用次数的演化过程进行了分析研究。研究通过足尺加速加载试验来模拟重复的车辆荷载作用；采用落锤式弯沉仪（FWD）、便携式地震波路面分析仪（PSPA）和单轴压缩动态模量试验来获取非加载区沥青面层无损状态下的模量；采用PSPA来获得加载区沥青面层不同损伤状态下的模量；计算得到模量衰变量与无损状态下模量的比值；分析沥青面层的损伤演化过程，建立起沥青面层非线性损伤演化模型，对沥青面层各深度处损伤发展的快慢进行分析。研究结果表明：可利用S形模量主曲线将各试验所得的无损模量进行统一，现场检测手段获得的模量分析结果符合室内动态主曲线的预测结果；同时，损伤演化模型中的寿命因子可用于判断沥青面层损伤发展的快慢；对该参数进行归一化处理发现，轮迹带外边缘和轮隙中心在垂直于行车方向上的损伤随深度的增加而减缓，而在轮迹带其他位置和方向上，沥青层层中的损伤发展最快。借助所建立的非线性损伤演化模型，可为沥青层的损伤发展提供判断依据，并为优化养护时机和养护策略打下基础。