沥青路面防水抗裂功能层缓解反射裂缝的数值分析

沥青路面的反射裂缝,主要是由半刚性基层无法避免的温缩及干缩裂缝导致应力集中过大而引起的,车辆荷载、较大的环境温差变化以及渗水导致反射裂缝道面破坏的不利因素。在半刚性基层和柔性面层之间设置防水抗裂功能层,可以有效缓解路面结构的应力集中现象,延缓反射裂缝的产生与扩展速度。采用有限元方法模拟易发反射裂缝的实际环境,对设置及未设置防水抗裂功能层的路面结构进行温度-荷载耦合力学对比分析,发现沥青路面下面层的荷载应力、温度应力以及应力强度因子都有较大幅度的降低,并且计算了防水抗裂功能层厚度、模量对路面结构应力、弯沉和强度因子的影响。结果表明：一般防水抗裂功能层的模量越小,效果更加明显;在合理范围内增加防水抗裂功能层的厚度能够更加有效地预防反射裂缝病害;适当控制基础模量可以防止反射裂缝的产生。     

寒冷地区耐久性路面抗裂设计指标与方法

本文对我国现行沥青路面设计规范进行了评价,指出其不足之处;同时针对目前常用的水泥稳定碎石基层沥青路面的受力特征及破坏特性,结合前面章节分析路面的实际情况,提出了以面层裂缝度、基层裂缝间距和温度、荷载疲劳寿命为指标的抗裂设计方法;通过抗裂设计指标的补充,将温度和行车荷载作用下裂缝的产生和扩展纳入结构设计,并结合具体工程实例进行了验证,为完善沥青路面结构设计方法提供依据。     

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。     

半刚性基层材料抗裂能力评价方法研究

半刚性基层材料由于具有优良的路用性能而常作为沥青路面和水泥混凝土路面的基层,其质量好坏直接影响道路路面的质量和寿命.针对半刚性基层材料常出现的收缩裂缝病害,现有的评价指标有干缩系数、温缩系数、干缩抗裂系数、温缩抗裂系数,这些系数都只限于应变,没有涉及应力.提出干缩能抗裂系数从能量的观点把应力和应变结合起来有效地评价半刚性基层材料抗裂性.     

防水抗裂层防治反射裂缝的力学数值模拟分析

本文采用ABAQUS有限元软件进行力学和热力耦合分析,研究不同温度情况下,防水抗裂功能层对路面结构沥青层底拉应力、基层层底拉应力、剪应力、弯沉和反射裂缝强度因子的影响。结果表明:(1)防水抗裂功能层能够有效降低反射裂缝尖端的应力集中情况,从而抑制反射裂缝的扩展;(2)适宜厚度的防水抗裂功能层具有良好的温度适应能力,在各种温度条件下都对路面结构力学响应影响较小,且抗裂效果稳定。建议沥青混凝土路面中应尽量设置厚度不超过3cm且模量较高的防水抗裂功能层。     

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。     

含土工合成材料防裂夹层的水泥混凝土路面沥青加铺层应力分析

采用含土工合成材料的沥青加铺层结构形式对旧水泥混凝土路面进行加铺改造,使用有限元法对沥青加铺层结构的车辆荷载应力及温度应力进行力学计算,定量分析了土工合成材料防裂夹层的抗裂机理。结果表明,对于因车辆荷载应力或温度应力形成的反射裂缝而言,土工格栅的抗裂效果都要优于土工布。     

基于内聚力模型的沥青路面低温缩裂研究

为了深入分析沥青路面低温收缩裂缝的形成和扩展问题,引入了双线性内聚力模型。使用双线性内聚力模型模拟了沥青路面的低温缩裂过程,并且讨论了双线性内聚力模型参数和面层结构参数对低温缩裂的影响。研究表明:随着温度的降低,沥青面层经历了从材料损伤到断裂的过程。在降温幅度较小时,沥青路面虽然没有形成宏观裂缝,但是路表附近的路面材料已经经历了一定程度的损伤;当降温幅度达到一定值时,沥青路面就会发生脆性断裂,形成宏观裂缝。增加断裂能可以减小路面的损伤程度和受损深度,降低路面的断裂温度,从而延缓了路面的断裂。与断裂能相比,提高开裂强度可以更有效地减小路面的损伤程度和受损深度;减小面层的弹性模量和温度收缩系数可以有效地减小面层的损伤程度。     

嵌挤式橡胶沥青应力吸收层抗裂性能研究

随着我国公路交通行业的迅猛发展,沥青混凝土路面成为我国主要的路面结构形式。但越来越多的沥青路面半刚性基层在行车荷载和环境等因素的耦合作用下出现了一系列的诸如反射裂缝等病害,从而使路用性能大大降低,增加了养护成本。现有工艺中橡胶沥青应力吸收层可有效减缓反射裂缝等病害的出现,但国内对橡胶沥青应力吸收层的抗裂性能研究较少。因此通过自行设计的将伺服液压试验机、静态电阻应变仪相结合的抗裂试验,分别测试不同橡胶沥青用量下的嵌挤式橡胶沥青应力吸收层的抗裂性能。结果表明:当橡胶沥青的用量为3.0kg/m2～3.2kg/m~2时,其性能达到最佳。研究结果可为今后沥青路面的建设和改造提供参考,具有较好的运用前景。     

半刚性基层沥青路面抗裂措施长期性能观测研究

半刚性基层沥青路面反射裂缝一直是困扰工程建设的主要问题之一。基于路面长期性能跟踪观测（LTPP）理念,在对目前公路工程建设中常用的抗裂技术特性分析的基础上,以外部环境特征条件相近的实体工程为研究对象,进行针对性的半刚性基层沥青路面抗裂试验路段设计,并通过长期性能跟踪观测方案设计及性能检测,对各抗裂试验段进行了跟踪效果评估,研究比选了性能优异的半刚性基层抗裂技术,可为类似工程建设提供参考和借鉴。     

高等级沥青路面基层底裂缝三维数值分析

裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,本文应用有限元软件ABAQUS,建立了20结点等参立方体单元的有限元模型,采用奇异等参元法及断裂力学理论,对路面基层裂缝问题进行了数值分析,分析探讨了路面结构参数对基层裂缝应力强度因子的影响及应力强度因子K1和K2在基层裂缝扩展过程中的变化规律,并预估了裂缝的扩展寿命。计算结果真实反映路面结构的现象和规律,可为高等级公路抗裂设计提供依据。     

关于锚头丝沥青混凝土路面的抗裂技术探究

提出了一种关于锚头加筋沥青路面结构,通过有限元软件模拟锚头丝沥青路面在温度应力场和既有反射裂缝下的强度计算,从材料选取和加筋方面对沥青混凝土路面横向裂缝和反射裂缝的扩展进行了研究。研究结果表明:采取沥青混凝土上面层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能降低基于温度应力引起的横向裂缝的产生和扩展,有效防止路面低温开裂引起的路表横向裂缝问题;采取在半刚性基层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能改善裂缝而产生的应力集中现象,有效改善面层底部的应力状态,延缓沥青路面下面层反射裂缝的产生和扩展。     

沥青路面层间脱空区积水结冰膨胀与损害分析

沥青路面由于存在裂缝和空隙,外界水分较易渗入路面内部,形成小范围区域性积水并滞留在路面内部。当冬季遭遇骤变大幅降温天气时,环境温度和路表温度骤减,路面内部滞留的积水就会结冰膨胀,从而引起路面结构和材料的损坏。笔者利用有限元方法计算了沥青路面层间脱空区积水结冰膨胀产生的应力,分析了其对路面结构与材料产生的不利影响,解释了在突遭低温冰雪恶劣天气后路面病害大幅增加的原因。     

基于有限元的半刚性基层沥青路面裂缝断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子和J积分是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对江苏省典型的半刚性基层沥青路面结构裂缝问题进行了荷载和温度应力数值分析,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面开裂提供依据。     

半刚性基层沥青路面反射裂缝建模分析

反射裂缝是半刚性基层沥青路面的主要病害之一。通过对反射裂缝有限元模型的分析,面层与基层的厚度、模量、温缩系数等参数均对抑制反射裂缝的扩展有一定影响。从材料和结构方面提高抗裂性能,并采用加铺土工合成材料、增加柔性基层和应力吸收层,能够使半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治达到良好的效果。     

超服役周期沥青路面抗裂性能及疲劳性能评价

为解决传统四点弯曲疲劳试验所需试件尺寸较大、现场取芯对路面损坏较严重等问题,针对不同的横向裂缝间距,选取6个典型路段,引入半圆弯曲试验(SCB)开展沥青路面抗裂性能与疲劳性能研究。通过SCB劈裂试验和疲劳试验的结果发现:当横向裂缝间距小于100 m时,断裂能和横向裂缝间距的相关性系数R~2=0.984 4,故断裂能可以用来评价不同病害沥青路面的抗裂性能;基于疲劳寿命和应力幅(lg N_f-σ)的单对数线性回归能够更好地反映沥青路面的疲劳性能。     

公路快速养护技术的应用研究

使用快速养护技术对沥青路面裂缝及坑槽进行现场修补。结果表明,采用乳化沥青灌缝和TL-2000抗裂贴两种方法对沥青路面裂缝病害的快速修补效果显著;采用冷补材料快速修补法和就地热再生修补法对沥青路面坑槽修补后,路面使用性能良好。对公路快速养护技术进行了全生命周期的经济效益分析,考虑交通延误成本后,快速养护较常规养护具有更好的社会经济效益。     

半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,根据实际情况,选取了不同的层厚、模量和裂缝深度,对半刚性基层沥青路面温度应力裂缝问题进行了数值分析。从理论上分析控制基层开裂的重要意义,建议降低基层水泥含量,同时,面层厚度的增加,对抵抗结构层的温度开裂并不明显,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面温度开裂提供依据。     

Numerical Simulation of Low-temperature Shrinkage Cracking of Asphalt Pavement Based on Cohesive Zone Model

低温缩裂是沥青路面使用过程中遇到的主要病害之一,为了更清楚地揭示沥青路面低温缩裂的机理,基于内聚力模型,运用ABAQUS有限元软件对沥青路面的低温缩裂过程进行数值模拟.建立了粘弹性分析的模型,对约束试件温度应力试验(TSRST)进行数值模拟,其数值模拟结果与试验结果非常接近；拟定路面结构内聚力及粘弹性材料参数,模拟了不同降温时间情况下沥青面层断裂损伤的情况.结果表明:低温缩裂模型中加入粘弹性参数后,路表面层发生初始损伤的起始温度要求更低；从断裂过程上来看,弹性的沥青面层开裂具有瞬时性,开裂过程极为短暂;加入粘弹性材料参数后,沥青路面开裂具有过程性,比弹性的路面结构更接近实际沥青路面的开裂状况.     

沥青路面典型结构Top-Down裂缝尖端应力强度因子影响因素分析

借助ABAQUS有限元平台,分析水泥稳定碎石基层沥青路面与粒料基层沥青路面,TopDown裂缝尖端应力强度因子KII随路面结构参数、轴载及裂缝深度变化规律。结果表明,增加沥青层厚度与模量、基层厚度与模量、土基模量对沥青路面结构抑制Top-Down裂缝有益,而超载将对路面Top-Down裂缝产生严重不利影响;水泥稳定碎石基层沥青路面抗Top-Down裂缝能力大于粒料基层沥青路面。