水-应力耦合作用下沥青路面的力学响应

为研究沥青路面水损害的机理,基于弹塑性理论,应用FLAC3D程序进行建模,分析饱和沥青路面在瞬时汽车荷载作用下的力学响应情况。结果表明:将饱和沥青混凝土路面面层厚度作为控制变量时,路面受到的水平应力、竖向应力、剪切应力随瞬时荷载的增大而增大;水平应力最大值主要集中在碎石层与LSPM的交界面处,竖向应力和剪切应力分布在饱和沥青混凝土面层内;变形从沥青路表面到土基层呈线性减小。     

行车荷载作用下沥青路面粘弹性应力响应规律分析

该文以广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹性性质,定性分析了周期荷载作用下沥青路面的粘弹性应力响应规律,表明可以将其近似处理成与荷载同频率的半正弦波形。利用ANSYS分析了特定沥青路面结构在周期行车荷载作用下沥青面层的粘弹性应力响应,计算结果与定性分析结果一致,而且加载历史和加载间歇时间对计算时刻应力的影响比较小,可以用单周期的应力响应代替考虑多周期加载历史下的应力响应,而误差在工程结构分析可以接受的范围内,从而使计算时间大为缩短。     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层应力分析

为了研究多孔混凝土基层沥青路面的结构设计方法,通过三维有限元数值分析方法,建立多孔混凝土基层缩缝处沥青路面的三维有限元模型,分析多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的荷载应力、温度应力、荷载与温度耦合作用下的耦合应力。结果表明：基层缩缝处沥青面层底面荷载主应力多为压应力值,但其剪应力在接缝处出现峰值;在温度作用下,沥青面层应力峰值点的位置在基层缩缝中点处沥青面层的底面及表面;荷载和温度耦合作用下基层缩缝中点处沥青面层底面的第一主应力介于荷载应力和温度应力之间。     

温度-车辆耦合荷载对沥青路面设计参数的影响分析

为研究温度与车辆荷载耦合作用下沥青路面的力学响应规律及其对设计参数的影响,建立"大粒径级配沥青碎石柔性基层+水泥乳化沥青混凝土联接层"沥青路面的三维有限元模型,分析其在车轮-夏季最不利温度耦合荷载作用下应变及路表弯沉响应。结果表明,温度荷载对路面面层有显著影响,面层温度应变大于车辆荷载应变,最不利温度应变和车辆耦合应变会超出材料的容许应变,沥青路面设计参数分析应考虑温度效应。     

动载作用下半刚性沥青路面力学响应分析

为了解决陕西省高速公路沥青路面早期病害严重问题,选取陕西省典型的半刚性基层沥青路面结构,研究在动载作用下不同结构组合的沥青路面的力学响应。利用Ansys有限元分析软件对动荷载作用下的沥青路面进行仿真模拟,并提取数据进行分析,得到以下结论:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力均逐渐减小;随着沥青面层模量的增加,沥青层拉应力逐渐增加,而半刚性基层拉应力逐渐减小;该文建议沥青面层在18~20cm之间取值,半刚性基层厚度取值40cm以上。     

温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

沥青路面的热粘弹性温度应力分析

基于沥青路面混合料的热粘弹属性,利用有限元对不同降温条件以及不同结构形式的沥青路面温度应力响应进行了分析,研究了降温速率、初始温度、降温幅度、面层厚度、基层模量和温缩系数对温度应力的影响。结果表明,当温度较高时,沥青路面的温度收缩应力的累积值非常小;初始温度与降温速度对沥青路面的温度应力影响显著;薄的沥青面层容易出现反射裂缝,厚的沥青面层则可能出现由沥青面层表面向基层裂缝发展的对应裂缝;沥青路面的基层模量不宜过大。     

基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析

为了研究在水-荷载耦合作用下沥青混合料试件的压缩疲劳破坏过程及其沥青路面结构的动力响应,借助CT扫描技术和图像处理技术,进行了无水和饱水沥青混合料的宏观和微观破坏初步对比分析,定量分析了破坏前后沥青、集料和空隙的变化情况.根据多孔介质理论,对广西典型半刚性沥青路面结构进行了ABAQUS建模和FLAC-3D的计算,分析了无水和饱水两种情况下的力学响应差异.结果表明:沥青混合料试件从无水向饱水转化时,破坏模式从压裂转变为剪切破坏模式;在行车荷载作用下,饱水沥青路面与其无水情况下力学响应特性的不同主要集中在沥青面层深度范围内;相对于无水情况,饱水情况荷载效应作用时间将会成倍增加,且沥青面层拉应力出现激增,使沥青路面更容易产生结构性损坏;饱水情况下的沥青路面层底产生较大的先压后拉的横向应变,导致沥青路面过早产生疲劳开裂.     

重载交通半刚性基层条件下沥青面层的力学响应研究

为研究重载条件下半刚性基层沥青面层的结构力学响应,运用ABAQUS有限元软件计算半刚性基层沥青路面的弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力,分析轴重、基层模量及厚度对力学响应的影响规律,并通过多因素方差分析研究各因素的影响敏感性。结果表明:轴重对弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力的影响最明显,基层厚度次之,基层模量的影响最小。     

基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想

为了建立科学的耐久性沥青路面设计新思想,通过力学分析探究了沥青路面近表面的应力分布特征,论证了以路表荷载作用区边缘作为沥青路面破坏源的合理性。针对中国现行沥青路面疲劳设计方法的缺陷,开展了沥青混合料疲劳试验,在考虑加载速度影响的基础上,建立了以真实应力比表征的沥青混合料疲劳方程。结合中国沥青路面各结构层设计寿命相等所诱发的问题以及实际沥青路面结构的破坏特征,提出了各结构层自上而下设计寿命递增的沥青路面结构设计新思想和耐久性沥青路面结构设计新理念。结果表明:沥青面层近表面是其真正的破坏源;基于真实应力比的疲劳方程反映了材料的本质特征;耐久性沥青路面的各结构层应采用疲劳寿命递增的方法进行设计。     

移动非均布荷载作用下的沥青路面动力响应分析

为更准确地模拟沥青路面实际的受力状态,基于弹性层状理论,借助大型有限元分析软件ANSYS,建立了沥青路面三维有限元粘弹性模型,并对其施加非均布垂直和切向摩擦行为的共同影响,分析车辆在匀速行驶时,沥青路面在不同载重车辆荷载作用下的动力响应。结果表明,纵向最大拉应力位于基层层底,纵向最大压应力位于沥青面层。超载显著增加了各层结构应力,加速了路面结构的破坏。路面设计时应提高上层材料的抗压强度。     

饱和沥青路面动力流固耦合响应特性分析

依托某典型高速公路饱和沥青路面,建立移动荷载下路面系统计算模型,考察行车速度、渗透系数、排水边界、模量等因素对水力响应的影响,分析饱和沥青路面水力损伤机制.结果表明:车辆荷载加载和卸载过程中饱和沥青路面动孔压表现为增长和消散发展模式,产生挤压和泵吸作用,孔隙水渗流过程中对面层产生循环拖拽和冲刷作用,在沥青面层深度0.0...     

透水沥青面层裂缝扩展的动水压力影响分析

水和行车荷载共同作用下,沥青路面结构内部将产生动水压力。为了解随荷载作用变化的动水压力对透水沥青路面结构内部初始裂缝扩展的影响,基于ABAQUS有限元方法和线弹性断裂力学原理,引入裂纹尖端奇异单元,考虑不同的初始裂缝长度,对水和行车荷载共同作用下透水沥青路面结构内部裂缝尖端附近应力场和位移场进行分析,计算相应的张拉型和剪切型应力强度因子。结果表明:水的存在改变了透水沥青路面结构内部的应力场,对荷载作用下沥青面层裂缝的张拉型和剪切型扩展有一定的影响,但由于透水沥青路面结构具有良好的排水性能,可以有效地缓解动水压力对沥青面层已有裂缝的劈裂作用。     

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。     

温度循环作用下的沥青路面温度应力有限元数值模拟

利用ANSYS有限元软件中热-结构耦合单元,对沥青路面温度应力进行数值模拟。结果表明:沥青面层厚度对面层层底最大温度应力的影响要大于其对路表温度应力的影响;沥青路面路表和面层底的最大温度应力均随着沥青混合料的温缩系数、沥青面层模量和日温差的增大而增大,但路表的最大温度应力随着这3个参数的变化更加明显;半刚性基层的厚度和模量对沥青路面路表和面层底的最大温度应力的影响均有限。     

沥青路面压电输出的仿真分析

为探究沥青路面压电输出能力的大小及其影响因素,基于ABAQUS软件的力学-压电耦合分析技术,建立了压电式沥青路面压电输出的三维有限元仿真模型,分析了压电陶瓷类型、轴重、路面结构参数等对压电输出的影响。结果表明:PZT4的压电输出值最大,且压电输出随荷载的增大线性增加;当PZT埋设在沥青路面上面层与中面层之间时,压电输出随上面层模量的增加而减小,随中面层模量和沥青面层泊松比的增加而增大;PZT所受应力远小于其容许应力范围,满足行车荷载作用下的要求。     

不同基层状态下的沥青路面荷载应力分析

为比较在行车荷载作用下,基层未开裂及开裂状态不同时沥青路面结构内的应力响应情况,采用有限元方法对不同工况分别建立模型,计算分析水泥稳定碎石基层沥青路面在不同水平荷载、层间条件时,结构内的应力分布。分析表明,层间粘结状态是影响裂缝扩展的重要因素;面层-基层粘结不好时,面层底部的拉应力和剪应力值都急剧增长,即使基层不开裂,面层内也会产生由下而上的横向裂缝及沿行车方向的纵向裂缝;已开裂但尚未沿深度方向贯穿基层的横向裂缝在荷载作用下会迅速反射至面层;待基层收缩裂缝充分发展并进行处治后,再铺面层可减少和延缓反射裂缝。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

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。     

基于动态模量加载波形的沥青路面力学响应分析

为了较好地分析行车荷载作用下沥青路面的力学响应,利用矩形波、半正弦波、钟罩形波,模拟沥青路面沥青层不同层位在行车荷载作用下的加载波形。基于AASHTO TP62-03动态模量试验方法,确定沥青层不同层位对应的不同加载波形下的沥青混合料动态模量值。在此基础上建立沥青路面结构的有限元模型,计算沥青面层最大拉应力、最大拉应变、路表弯沉值。并与AASHTO TP62-03标准半正弦波下的力学响应进行比较。结果表明:不同加载波形的沥青路面的力学响应不同,且基于AASHTO TP62-03半正弦波计算得到的力学响应比不同层位不同加载波形组合下的力学响应结果偏小。