不同层间连续状态下沥青路面力学响应

利用ANSYS有限元软件对半刚性基层沥青路面建立三维有限元模型,研究沥青层与基层层间不完全连续状态对沥青路面力学响应的影响,并在层间不连续下研究沥青层及基层参数的变化对力学响应的影响,并基于此对半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。研究表明:沥青层模量每增加200MPa,沥青层拉应变减小12.07%;基层模量每增加400MPa,基层层底拉应力增加13.95%;建议在半刚性基层厚度在32cm以上取值,基层模量控制在3700MPa以下。     

超载下倒装式沥青路面结构有限元分析

本文利用ANSYS有限元软件对沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加不同轴载,研究超载以及级配碎石层对沥青路面结构响应量的影响,分析了半刚性沥青路面结构各项力学响应量。分析结果表明:随着轴载的不断增加,级配碎石层的设立可以明显减小沥青路面结构半刚性基层层底拉应力和路基顶面压应变指标。其中,半刚性层底拉应力减小23%,路基顶面压应变减小12%。     

设置级配碎石功能层的沥青路面有限元模拟

级配碎石功能层指在半刚性基层与沥青面层之间铺筑10~15 cm厚的级配碎石,形成的倒装结构。级配碎石具有典型的非线性力学特性。利用有限元法,建立级配碎石功能层的沥青路面三维有限元模型,通过数值计算,得到沥青面层层底最大拉应力、沥青面层内剪应力以及半刚性基层底部最大拉应力。计算结果表明:级配碎石功能层厚度设计为10~15 cm,回弹模量设置超过300 MPa比较合理。     

级配碎石基层在高速公路上的应用研究

该文分析了半刚性基层和级配碎石的优缺点,设计了半刚性下基层、级配碎石上基层的沥青路面结构。通过室内试验,确定级配碎石混合料的级配,最大干密度为2.278g/cm3、最佳含水量是5.0%。通过铺筑试验路,现场级配碎石基层的回弹模量在400 MPa以上,且具有较好的排水性能。通车3年后的调查结果表明:半刚性下基层、级配碎石上基层沥青路面具有优良的抗裂性能。     

倒装式旧路加铺沥青层结构应力分析

级配碎石可有效阻断地下毛细水上升、改善路基的温湿状况,并具有良好的应力消散作用,但应力依赖特性显著,其模量随其结构应力水平而变化。基于旧路加铺路面结构力学分析,研究了级配碎石沥青路面结构应力水平随半刚性基层厚度、沥青层厚度、路基模量、半刚性基层模量和沥青层模量的变化,推荐了各影响参数的取值,基于结构应力分析与级配碎石重复加载动三轴试验,提出了旧路加铺改建路面结构设计要点,为级配碎石模量参数、结构力学分析和旧路加铺改造设计提供依据。     

碎石基层沥青路面性能非线性分析

针对现行沥青路面设计规范中关于碎石基层路面结构设计方法的不足和广西路网工程碎石基层工程应用中的质量问题,开展碎石基层材料非线性回弹模量及其对沥青路面结构性能影响的研究。设计了3种级配的级配碎石,通过动三轴试验,测得了不同应力状态下碎石材料的动回弹模量,并建立非线弹性动回弹模量模型,回归得到有关的模型参数;在此基础上,针对广西路网工程试验路铺筑的柔性基层、组合式基层和半刚性基层等4种沥青路面结构,通过非线性有限元计算,根据路表弯沉等效原理,确定了不同基层组合沥青路面结构中不同级配碎石基层的等效回弹模量;通过有限元计算,对比分析了不同级配碎石基层沥青路面结构的剪应力,提出了不同基层类型时沥青路面结构可能的破坏形式,即采用柔性基层时应控制沥青面层底部弯拉开裂和柔性基层自身剪切滑移破坏,采用组合式基层时应控制沥青面层剪切开裂破坏。     

开级配大粒径沥青碎石混合料沥青路面温度应力影响因素分析

反射裂缝是半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面的主要病害之一,针对这一问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料作为裂缝缓解层的方法.基于开级配大粒径沥青碎石缓解层沥青路面温度应力的计算原理,以通用有限元软件ABAQUS为基础,对开级配大粒径沥青碎石缓解层沥青路面的温度应力进行分析,探讨了其结构层参数对其温度应力的影响规律.结果表明:开级配LSAM缓解层模量、厚度、空隙率对其自身温度应力具有显著的影响作用,是开级配LSAM缓解层沥青路面结构设计的重要参数.     

级配碎石基层沥青路面复合土工格栅最佳层位研究

为优化级配碎石基层沥青路面复合土工格栅结构,基于层状结构体系理论,采用黏弹性模型和Mohr-Coulomb模型表征沥青面层和级配碎石层的特性,通过Abaqus建模分析典型路面结构的应力、土工格栅的抗开裂性能和疲劳寿命,确定和试验路验证了土工格栅的最佳层位。结果表明:土工格栅位于沥青面层与级配碎石层交界面处时,级配碎石层受压,沥青层底的最大拉应力和拉应变最小,且结构疲劳寿命最长。综合考虑级配碎石厚度和模量对沥青层和半刚性基层层底最大拉应力的影响,建议级配碎石的模量≥300 MPa,厚度取15~20cm。研究成果可为复合路面结构提供设计理论依据和施工经验。     

不同路面结构对软基不均匀沉降的适应性研究

针对软土地基的特点，基于弹性层状多层体系理论和国外容许应变设计方法，设计了两种具有级配碎石和较厚沥青层的沥青路面结构、一种常规的半刚性基层沥青路面结构；运用ABAQUS有限元程序分析了3种路面结构中路堤的沉降、结构层底面的附加应力等力学响应；采用灰色关联决策理论，确定了3种路面结构的软土地基适应性以及底基层合理的弹性模量。分析表明，级配碎石夹层沥青路面结构具有较好的软土地基适应性，其底基层材料宜采用较高的模量；而常规的半刚性基层沥青路面结构对软基的适应性较差。分析结果可为软土地区新建沥青路面结构设计提供参考。     

级配碎石复合式基层沥青路面力学响应研究

级配碎石复合式基层沥青路面结构能够有效解决半刚性基层所存在的病害问题。为了了解落锤式弯沉仪(FWD)作用下沥青路面的动力响应特性,采用ABAQUS软件建立两种路面结构有限元模型,分析了复合式路面结构与半刚性基层路面的差异,并研究了不同路面结构参数条件下的各结构层特征及其影响相关性。结果表明:在相同路面结构条件下,通过数值模拟分析得到的路表弯沉数值与路面实测结果的趋势是一致的,具有很高的相关性;采用级配碎石基层替代部分水泥稳定碎石,在一定程度上削弱了路面结构的整体刚度和抗疲劳性能;对路面结构进行半正弦曲线加载,路表弯沉随时间的变化存在一定的滞后现象,结构层厚度和回弹模量对路表弯沉具有重要影响;结构参数对面层层底最大拉应变的影响程度大小为:水泥稳定碎石回弹模量沥青面层厚度水泥稳定碎石厚度沥青面层模量。     

4类不同基层沥青路面长期性能研究

基于江苏沿江某高速公路长期性能跟踪观测和检测成果,从路面结构性能、破损状况以及车辙状况等方面对组合式基层、刚性基层、半刚性基层和柔性基层沥青路面长期使用性能进行综合比选分析。研究结果表明,4类不同基层沥青路面弯沉整体状况、裂缝度、车辙深度由大到小分别为:组合式(设置级配碎石过渡层)柔性半刚性组合式(未设置级配碎石过渡层)刚性;组合式(未设置级配碎石过渡层)刚性半刚性柔性≈组合式(设置级配碎石过渡层);组合式(未设置和设置级配碎石过渡层)≈柔性半刚性刚性。采用半刚性基层沥青路面各方面性能指标比较均衡,综合性能优良;采用其他类型基层的沥青路面由于其特殊的性能指标,也有着广泛的应用范围,但仍需进一步进行研究。     

基于高温条件的级配碎石柔性基层结构响应三维有限元数值分析

采用三维有限元对高温条件下的几种以级配碎石为基层的柔性和半柔性基层沥青路面结构进行数值模拟分析,分析表明:级配碎石基层顶面的最大压应力与底基层模量之间呈幂函数关系,级配碎石基层顶面的最大压应力随底基层模量的增加而单调增加;当沥青面层较薄时,级配碎石基层顶面最大压应变与底基层模量之间呈正相关性;当沥青面层较厚时,级配碎石基层顶面最大压应变随底基层模量的增加先减小后增加,存在一个压应变极小值;与底基层模量相比,沥青面层的厚度变化对级配碎石基层顶面最大压应力和压应变的影响大得多。     

软基差异沉降对夹层路面结构的影响分析

软土地基上路基的不均匀沉降变形加速了沥青路面结构的早期破坏;由于国内90%以上的高速公路都是常规的半刚性基层沥青路面结构,不能很好地消散不均匀沉降产生的附加应力,因此有必要提出新的适应软土地基上的路面结构形式。依托淮盐高速公路中设有级配碎石夹层结构的试验段,采用ABAQUS非线性有限元分析了该路面结构在不均匀沉降时的底基层和应力控制层层底的附加应力。结果表明,不均匀沉降增大时,底基层和应力控制层的水平向附加应力都呈线性增大;底基层厚度一定时,底基层模量越大,其层底拉应力越大,而应力控制层水平向附加应力明显减小,但是底基层厚度不宜太厚;相对于半刚性基层路面,设有级配碎石夹层结构的路面有更大的强度储备,更能适应软基不均匀沉降。所得结论对今后软土地基上的路面结构设计有一定的指导意义。     

柔性基层和半刚性基层沥青路面有限元对比分析

通过级配碎石承载板试验建立级配碎石基层材料的非线性承载力本构模型公式,利用ANSYS通用有限元软件建立柔性基层沥青路面典型结构平面模型。对粒料基层沥青路面和半刚性基层沥青路面结构受力进行分析,包括柔性基层沥青路面在不同受力条件下应力、应变的传播规律以及与半刚性基层沥青路面之间的应力、应变传播差异。     

级配碎石夹层半刚性底基层沥青路面结构分析

级配碎石材料模量低,具有非线性的应力应变特性.将级配碎石层放置于半刚性底基层沥青路面后结构的受力形式发生了改变.通过使用KENLAYER程序对这一结构进行了受力计算.分析了结构的破坏类型并对结构的设计指标以及合理的结构设置提出了建议.     

级配碎石过渡层沥青路面结构设计方法研究

基于级配碎石过渡层沥青路面结构典型病害——车辙和疲劳开裂,确定控制级配碎石过渡层沥青路面4个设计指标:沥青层底弯拉应变、级配碎石层顶面竖向剪切应力、半刚性基层层底弯拉应力与路基顶面竖向压应变,给出推荐容许值和路面结构设计流程图;在不同土基强度和交通量分级下,给出级配碎石过渡层沥青路面的合理结构。     

级配碎石夹层半刚性底基层沥青路面结构分析

级配碎石材料模量低，具有非线性的应力应变特性。将级配碎石层放置于半刚性底基层沥青路面后结构的受力形式发生了改变。通过使用KENLAYER程序对这一结构进行了受力计算。分析了结构的破坏类型并对结构的设计指标以及合理的结构设置提出了建议。     

级配碎石柔性基层沥青路面试验路研究

通过试验路观测的方法,对级配碎石柔性基层沥青路面进行了研究,分析了级配碎石柔性基层的路用性能和性能主要影响因素,给出了级配碎石基层结构设计、合理层厚、最佳级配以及原材料控制等关键影响因素的相关建议。研究结果表明级配碎石柔性基层能有效减缓半刚性基层沥青路面的常见病害,且其强度满足使用要求;当其用于旧路加铺时可直接摊铺而不必采用倒装结构,但应控制其最小厚度不小于15cm、最大粒径和4.75mm、0.075mm通过率在建议范围内;还应控制石料压碎值、针片状含量和塑性指数满足要求,且碎石宜由4档以上矿料掺配而成。     

寒区级配碎石上基层厚度和模量对沥青路面结构力学影响研究

寒区半刚性基层的干缩温缩造成反射裂缝，是面层横向开裂的主要原因之一，而采用级配碎石上基层的倒装沥青路面结构可有效防治反射裂缝的发展，因此结合寒区的气候特点，优化提出了级配碎石集料技术指标和级配范围，同时对级配碎石上基层沥青路面结构进行力学研究，提出适应寒区条件的级配碎石基层厚度和模量。     

基于有限元的温度-荷载-行车速度耦合作用下路面结构动孔隙水压力对比研究

为研究不同沥青路面基层的水损坏形态,选取半刚性基层与级配碎石基层为研究对象,以动空隙水压力的变化情况为研究指标,基于有限元法建立理论模型预测了不同温度-荷载-行车速度耦合作用下不同基层结构的动孔隙水压力的变化规律,并进行了对比分析。结果表明:在标准条件(荷载0.7 MPa,车速80 km/h,温度20℃)和不利条件(荷载0.9 MPa,车速120 km/h,温度63℃)2种耦合条件下,级配碎石基层都能够极大降低沥青层的动孔隙水压力,特别是对于降低9 cm以下结构的动孔隙水压力,下面层底部降低幅度最大可达94.0%(标准条件)和95.3%(不利条件),从而能够显著降低结构性水损坏的产生;半刚性结构的最大动水压力产生的层位(18 cm)和最大值(正压力587.9 kPa)及增加的幅度(68.4%)均大于相应的级配碎石结构(6 cm,正压力382.2 kPa, 40.8%),半刚性结构在不利条件下敏感性更大,更加容易产生结构性水损坏。因此设置级配碎石基层可增加结构内部的渗水,降低动水压力,特别是中下面层内部的动孔隙水压力,提高结构抗水损坏性能,减少多雨潮湿条件下的沥青路面水损坏。