基于扩展有限元法的沥青路面Top-Down裂纹扩展影响分析

扩展有限元法是近年来迅速发展的一种新型数值方法,本文根据断裂力学理论,利用ABAQUS有限元软件,将该方法用于沥青路面的Top-Down裂纹开裂问题分析,考察了交通荷载、结构参数等因素的影响,通过数值算例验证了该方法在求解沥青路面裂纹扩展问题上的优势。结果表明基于扩展有限元法的计算和分析过程效率高,应用于沥青路面结构裂纹计算分析是可行的,供工程技术人员参考。     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

冰劈效应对沥青路面表面裂纹的影响研究

为得到路表凝冰对沥青路面表面裂纹的影响,采用断裂力学及温度场理论计算了温度场作用下、冰劈和温度场同时作用下沥青路面Top-Down裂缝尖端应力场分布。结果表明:Top-Down裂尖应力强度因子随温度变化显著,裂尖张开型应力强度因子约为滑开型应力强度因子的4.4倍,裂纹在温度作用下以张开型开裂为主,Top-Down开裂主要是温度梯度的作用,温度梯度越大,开裂趋势越明显;考虑冰劈效应后,张开型应力强度因子最大值为154.7 k Pa*m1/2,滑开型应力强度因子最大值为85.1 k Pa*m1/2,应力场强度分别较温度单独作用下提高了36.5%和230%,路表凝冰对Top-Down裂纹扩展贡献相当。     

路基不均匀沉降对沥青路面受力变形影响的有限元分析

为了研究路基不均匀沉降对沥青路面受力变形的影响,对半填半挖路基进行弹塑性动力有限元分析,计算出在汽车荷载作用下由于路基土在力学和物理性质上的差异而产生的差异沉降。研究了两种工况(汽车荷栽作用产生的差异沉降及汽车荷载和土体固结共同作用产生的差异沉降)对沥青路面受力变形特性的影响,进而得出一种计算沥青路面破坏时临界差异沉降的方法,为实际工程设计、施工提供了理论依据。     

过渡式沥青路面不均匀沉降的附加应力计算

在软土地区修建高等级公路遇到的主要问题包括路基的沉降和稳定性,以及由于路基工后沉降和工后不均匀沉降过大造成的沥青路面早期损坏问题。过渡式路面能较好适应路基不均匀沉降未稳定的路况需要,但路面开裂现象在早期较为明显。通过分析不均匀沉降对路面带来的附加应力,结合现行规范的路面结构计算,提出不均匀沉降引起的附加应力在路面结构计算的计算方法。     

沈大高速公路改扩建工程路基加宽容许工后不均匀沉降指标研究

路基加宽工程中新老路基不均匀沉降会使路面结构受力状态发生显著变化,文章采用三维有限元方法,将新老路基不均匀沉降转换为结构层底脱空,进行多种不同脱空深度的路面结构力学分析。分析认为沈大高速公路路基加宽容许工后不均匀沉降差应在1.6cm以内,不均匀沉降坡比不大于0.4%时,沥青路面不产生结构性破坏。     

路基不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影响数值分析

针对路基不均匀沉降条件下路面结构破坏机理难以解析的现状,引入数值分析方法,建立了沥青混凝土路面结构对路基横向不均匀沉降力学响应的有限元模型,重点针对路基两侧沉降、一侧沉降和中心沉降3种不均匀沉降形式进行分析,主要研究不均匀沉降量及路面结构参数对路面结构破坏的影响。     

基于交变载荷下沥青路面使用寿命研究

运用断裂力学的相关理论,结合有限元方法,建立含表面裂缝的沥青路面结构三维有限元模型,计算了表面裂缝尖端的应力强度因子,通过分析裂缝的疲劳扩展来预测沥青路面的使用寿命。研究结果表明:表面裂纹形成初期,水平荷载对路面表面裂缝扩展影响较大。裂纹扩展阶段,张开型破坏占裂纹扩展的主导作用;增加面层厚度能有效抑制沥青路层裂缝的扩展;面层厚度增加,基层厚度增加,基层模量增大,面层模量降低,沥青路面疲劳寿命增速越大,疲劳寿命越长,但基层模量增加过大,易导致路面干缩开裂。     

沥青路面Top-Down开裂成因的有限元分析

源于路表面的轮迹带附近的纵向开裂(Top-Down开裂)是重交通沥青路面的主要损坏类型之一,也是国际沥青路面工程界对道路损坏研究的新热点。为此在实测轮胎接地压力的基础上,建立了路面结构的三维有限元模型,计算出4条实际道路的最大拉、剪应力值及其位置,绘制了它们的等值线图。对最大拉、剪应力位置与开裂现象,最大应力值与应力强度进行了比较和分析。分析结果表明,轮载下强大的剪应力是造成Top-Down开裂的主要原因。     

沥青路面失效开裂的数值模拟研究

为了深入了解沥青路面受荷载作用时的裂缝扩展规律,基于失效开裂材料二次开发以及扩展有限元方法,建立沥青路面的数值计算模型。通过试验与计算结果对比,分析沥青复合梁在荷载作用下的失效开裂特性,对比研究失效开裂材料二次开发模型与扩展有限元模型的计算结果。结果表明:基于失效开裂材料二次开发建立的计算模型可以很好地模拟沥青路面的裂缝扩展规律,计算结果与试验结果吻合良好;预设裂缝对路面受力性能的影响极大,在进行实际施工时应尽量减少路面材料裂缝,并提高路面的抗疲劳性能,以保证其良好的受力性能;平板支撑方式下沥青复合小梁裂缝扩展行为与实际路面状况极为接近;相比扩展有限元方法,基于失效开裂材料二次开发建立的计算模型适用性更好。     

高速公路拓宽影响因素力学有效性分析

高速公路拓宽改建是现代许多高速公路应对交通量迅猛增长的有效对策,但由于新老路基特性差异和施工时间的不同,结合部容易出现因差异沉降而产生的裂缝,因此本文就新老路路基拓宽工程中出现的不均匀沉降进行分析,提出了一些解决措施。本文运用通用有限元程序ABAQUS对土应用弹塑性的Mohr-Coulomb模型进行求解。通过数值分析研究,结果表明路基拓宽宽度和路基高度对新老路基的差异沉降有较大影响,其中拓宽宽度相对路基高度的变化对沉降的影响要大;土工格栅对新旧路基的沉降基本没有影响,但对降低土体应力值有显著效果;台阶开挖作为减小新老路基不均匀沉降的一种措施,有效减小了不均匀沉降。     

降温过程对沥青路面Top-Down开裂的影响

以半刚性基层沥青路面结构作为研究对象,采用Ansys有限元程序建立沥青面层预含不同深度的初始裂缝的二维有限元模型,研究不同降温过程对沥青面层的力学影响.结果表明:存在微裂纹的沥青路面,在急剧的降温过程中可能导致面层产生Top-Down裂缝.降温过程中,拉应力随着深度的增加逐渐减小;初始裂缝深度越长,降温过程中张开型断裂...     

海堤段沥青路面裂缝破坏规律及机理分析

国内外越来越多疏港道路采用海堤形式,但海堤道路的路面经常出现严重的裂缝病害。该文以东海大桥连接段海堤高速公路的检测和调查数据为基础,总结海堤道路路面裂缝破坏规律,并建立海堤道路路面结构有限元模型,通过分析路面结构模型的应力分布研究裂缝产生的机理。研究成果表明:海堤道路路基的纵向沉降曲线宜采用折线形式进行拟合。海堤道路路面裂缝破坏与路基不均匀沉降高度相关,裂缝率出现极值的路段均位于路基沉降曲线的转折位置,不均匀沉降引起的基层开裂是造成海堤道路路面裂缝破坏的重要原因。     

道路扩建中路基不均匀沉降和纵向开裂机理研究

为了研究双侧加宽道路改建中路基差异固结沉降规律及由此引起的路基纵向开裂机理,运用Biot固结理论和离心加载法进行了数值模拟与分析。发现随着超静孔隙水压力的消散,新旧路基结合部处不均匀沉降逐渐增大,路基顶面为拉应力区,中下部为剪应力区。路基开裂实际上是新旧路基结合部土体损伤产生→扩展→汇合的整个过程。工程中除对地基进行主动处理外,还需加强对新旧路基结合部的被动性处治。     

沥青路面表面裂纹扩展路径的数值模拟

应用线弹性断裂力学理论结合考虑交通与温度荷载的有限元方法研究沥青路面表面裂纹扩展路径。采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并开发了沥青路面裂纹扩展模拟程序。计算了三种不同长度的路面表面裂纹分别在5种荷载工况作用下的应力强度因子及裂纹起裂角,并模拟了表面裂纹向下扩展的情况。模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展路径,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为。     

冻土地区路基融沉变形对沥青路面结构的影响

采用有限元方法建立了路基发生融沉变形时沥青路面结构的轴对称计算模型,将融沉变形分别简化为二次曲线和余弦曲线,分析了融沉变形对最大拉应力点位的影响,重点讨论了融沉盆形状、半径、融沉深度等因素对沥青路面结构面层和基层最大拉应力的影响。结果表明:路基的不均匀融沉变形在路面结构面层顶面产生拉应力,成为面层破坏的主要原因;在基层底面产生较大的附加应力,将会造成基层开裂,因此在多年冻土地区的路面设计中应考虑附加应力的影响。     

基于人工神经网络和有限元混合模型的沥青路面结构裂缝扩展敏感性分析

本文使用有限元法(FEM)和人工神经网络(ANN)的混合方法对沥青路面结构裂缝扩展的敏感性进行分析。利用ABAQUS软件对沥青面层、基层、底基层和路基进行了二维有限元建模,进而使用扩展有限元法,模拟路面沥青层的开裂过程。人工神经网络需要输入结构层厚度、荷载值、模量等参数。神经网络所输入的数据是通过有限元模型分析得到,机器学习过程中非破坏性测试的目的是评估路面材料的特性和裂缝扩展的敏感性。本文研究认为,沥青层B2厚度的下降将显著地增加开裂扩展的速度,沥青层B1的厚度对路基层开裂影响不大。     

路基拓宽差异沉降数值分析及控制

分析拓宽工程中新老路基沉降差问题产生的原因,采用数值分析不同工况下路基变形的特征,结合变形特征分析常见病害的设计控制模式和可行的控制技术。研究发现,路基综合刚度的不均匀性、结构自重的不均匀性和行车荷载的不均匀性是造成新老路基沉降差问题的主要原因;新老路基变形的形态特征相异,整体呈"~"形;拓宽工程中新老路基沉降差异问题的控制损坏模式为老路基层顶面开裂、新路基层地面开裂和新老路基结合部开裂。     

宛坪高速半填半挖路基差异沉降控制标准研究

为了防止填挖交界路基中差异沉降引起的路面开裂,通过建立有限元计算模型,分析路面结构力学响应。以基层顶面弯拉应力作为控制面层开裂的条件,以填方的变坡率0.28%和0.56%分别作为低限和高限,对路基不均匀沉降进行分级,共分为轻微、低、中、高4个级别,以便根据不同的沉降级别采取相应的处治措施。     

土工格栅处治填挖过渡段路基不均匀沉降试验研究

填挖过渡段路基的工后沉降和不均匀沉降是路基工程较为突出的病害。填挖过渡段随着时间的推移和行车荷栽影响，将会由于不均匀沉降引起“跳车”和路面开裂等现象。针对这一问题，对应用土工格栅处治填挖过渡段路基不均匀沉降进行了工程实体试验。对试验结果进行了分析，对填挖过渡段的工后沉降控制标准和路面铺筑时间提出了建议。