水泥路面板底动应变的影响因素分析

从国际平整度公式入手,通过试验,研究了路面板底动应变与路面平整度、车辆荷载的大小及车速的关系。结果表明,静载作用时,路面板底动应变与平整度没有关系,但随着车辆荷载的增大而增大;在同一车速和同一车辆荷载下,板底动应变随路面不平整度的增加而增大,且车辆荷载和车速越大,增幅越明显;在同一平整度下,水泥路面的板底动应变随车辆荷载大小和车速的增加而增大,但其增幅都有随速度的增加而降低的趋势。     

基于改进的灰关联模型分析特定条件下水泥路面疲劳寿命影响因素

基于一种改进的灰色关联模型，建立了移动荷载作用下的水泥路面板底脱空模型，提出了板底脱空演化作用下水泥路面疲劳寿命的计算方法，分析了水泥路面疲劳寿命影响因素的影响程度。结果表明：面层板厚度的灰色关联度为0.65，动荷载的灰色关联度为0.63，说明动荷载和面层板厚度对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命的影响程度较高，而脱空半径、脱空深度、行驶速度和基层动弹性模量对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命的影响程度较小；面层动弹性模量的灰色关联度为0.05，说明面层动弹性模量对动荷载与板底脱空耦合作用下水泥路面疲劳寿命基本无影响。     

冲击荷载作用下不设搭板路桥过渡段的动力响应分析

针对桥头跳车引起的冲击荷载问题,运用有限元软件,对不设搭板的路桥过渡段在冲击荷载作用下动力响应进行分析,得到不同台阶高度、车速及轴重作用下不设搭板路桥过渡段的路表弯沉、基层底拉应力以及路基顶面压应变等力学响应值。结果表明:冲击荷载作用下路表弯沉、基层底拉应力及路基顶面压应变等指标均大于静载作用下的力学响应值,路面结构设计时,应在静载作用下路面力学响应值的基础上乘以相应的动载系数。     

行车荷载下不同沥青路面结构动力响应测试分析

为研究行车荷载下不同沥青路面结构的动力响应,验证、完善我国沥青路面设计方法,在两种倒装式和传统半刚性基层沥青路面结构内部埋设沥青应变计、土压力计和垂直大变形应变计等传感元件,以单后轴货车为行车荷载,现场开展了不同轴重、不同行车速度及制动工况下3种路面结构的动力响应测试。以沥青层层底纵向应变与横向应变、路基顶面土压力和过渡层底部竖向压应力与竖向位移为评价指标,分析了不同沥青路面结构的动力响应规律。结果表明:随行车速度增加,各路面结构沥青层层底应变、过渡层竖向压应力与竖向位移均明显减小;从拉应变循环幅值看,半刚性基层结构随车速的变化更敏感;相同轴重和车速下半刚性基层结构路基顶面的压应力远小于倒装式结构,半刚性基层结构荷载扩散能力更优;相同车速下,3种路面结构沥青层层底纵向应变循环幅值和路基顶土压力均随轴重增加而增大,且半刚性基层结构的增幅相对更大,即半刚性基层结构对荷载更敏感,倒装式结构对荷载适应性更强;车辆制动会引起沥青层层底残余应变、纵(横)向应变与应变循环幅值大幅增加,频繁制动易引起路面车辙变形和加速路面沥青层疲劳破坏。     

移动荷载作用下近桥台处路面结构动力响应的有限元法分析

应用ABAQUS有限元建立了桥台后路堤路面动力计算的三维模型，将车辆荷载表达为反复移动的分布荷载（移动荷载）形式，并编制了VDLOAD子程序。通过有限元Explicit计算模块，首先分析了行车速度、材料阻尼比与轮胎压力对路面结构动响应的影响；其次，着重分析了车速90km／h、阻尼比5％、胎压700kPa条件下单次与多次循环荷载作用下路面动应力与位移的变化规律。分析认为，随着开放交通后道路使用时间的增长，路桥过渡段差异沉降的累积将导致近桥台处路面结构损坏程度加剧，从而影响道路的正常使用。     

大跨径钢桥面铺装层车辆动响应影响因素分析

从耦合振动的角度出发,研究大跨径钢桥面铺装层在车辆随机动荷载作用下的响应机制.将汽车等效为2自由度5参数模型,考虑桥梁表面不平顺产生的随机激励,建立车-钢桥面铺装耦合振动分析模型.利用模态分析与时变系数常微分方程求解方法,分析钢桥面铺装在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律.定义由铺装层竖向位移、拉应力和拉应变表示的动力放大系数,研究车速、桥面不平度、铺装层开裂损伤和粘结层滑移等对动力放大系数的影响.结果表明,路面不平度、粘结层滑移是影响动力放大系数的主要因素,在进行大跨径钢桥面铺装结构设计时可考虑动力放大系数为1.5.     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

基于整车模型的桥头路面动力荷载分析

由路桥不均匀沉降产生的桥头跳车将导致桥头路面受力显著增大和路面提前破坏。通过建立7自由度整车运动动力模型和路桥过渡段路面-桥面形状几何模型,采用Wilson-θ方法求得了车辆经过不平顺的路桥过渡段所产生振动的时程。计算结果表明,桥头跳车中汽车后轮的最大动荷载明显大于其静荷载,且其最大动荷载并不一定仅发生在桥头搭板范围内,而在下桥方向一定长度范围内。对于长度小于100 m的桥梁,桥梁长度对路面所受最大动力荷载的大小和位置均有较大影响。因此常规仅对桥头搭板进行加强的设计方案是不够的,还应根据桥梁的长度不同,对桥头一定长度范围内路面就跳车所产生的动力荷载进行深入分析。     

非均布动荷载作用下沥青路面粘弹性有限元分析

不考虑超载情况,为探求非均布动荷载作用下沥青路面的动态响应及破坏规律,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元半刚性基层路面结构模型,施加非均布动荷载,并对粘弹性路面模型各层的动态力学响应及不同车速下路表弯沉的变化进行分析。结果表明,水平应力的交变变化是使路面产生疲劳破坏的主要因素;当重载车辆车速在10~32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值,对路面实际使用寿命的影响非常显著。     

长寿柔性基层沥青路面的极限应变

长寿柔性路面设计通常采用沥青层底极限拉应变和土基顶部极限压应变作为控制指标。现阶段极限应变指标参照室内试验结果确定，且数值相对固定。而现场路面结构层应变响应值受结构厚度、荷载、环境作用（温度及老化）等因素的影响，在服役过程中不断演化。以2条服役超过35年的柔性路面结构（屯门公路与吐露港公路）为基础，分析了不同服役阶段路面结构层在不同荷载、环境作用下的极限应变响应，探讨了柔性路面极限应变的大概范围。研究结果表明：在初始服役状态下，屯门公路高温状态下沥青层底的极限拉应变为376×10^-6，土基顶部极限压应变为562×10^-6；低温状态下上述极限应变分别降为87×10^-6，249×10^-6；吐露港公路高温状态下沥青层底、土基顶部极限应变分别为149×10^-6，324×10^-6，低温状态下上述应变分别降为50×10^-6，156×10^-6。在经过长期服役后，老化状态下2类路面沥青层底拉应变及土基顶部压应变均大幅降低。屯门公路在使用36年后，某些路段出现零星的疲劳破坏，而吐露港公路则没有发现疲劳破坏。极限应变计算结果表明，路面关键位置的应变受荷载、沥青层厚度、温度和沥青层老化状态等多因素的影响。因此，在进行长寿柔性基层路面设计中，荷载、沥青层厚度、温度及沥青层老化状态等因素都应该考虑在内。     

车辆载重对沥青混凝土路面结构影响的研究

针对车辆荷载在路面结构破坏中的重要性,通过三维有限元分析与现场试验,对不同载重车辆通过条件下沥青混凝土路面结构的动态响应（动应变、动应力）规律进行了研究。研究表明：车辆载重对路面结构的影响是显著的;空载车虽然会有额外的动荷载产生,但它对路面结构产生的影响仍然小于满载车;随着载重的增加,沥青面层的垂直动应力和底基层与路基结合部的水平动应力都显著增加;随着深度的增加,车辆行驶产生的垂直动应力对路面的影响迅速减弱。     

移动荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应分析

基于弹性层体系理论,使用有限元计算软件ANSYS10．0计算了移动荷载作用下半刚性基层沥青路面的动力响应,分析了半刚性基层沥青路面在不同车速车辆动荷载作用下设计指标——路表弯沉、基层底弯拉应力、底基层底弯拉应力、路基土顶面压应变的变化规律,得出了相关的结论。     

瞬态动荷载对柔性路面的影响

采用连续变化的局部接触应力来描述轮胎-路面接触面内的瞬态动荷载,研究了瞬态动荷载对柔性路面的影响。把瞬态动荷载模型成功地应用于三维有限元分析,计算了柔性路面在双轮组一次作用下的动态响应。计算结果表明,柔性路面在不同路面温度下的响应依据力学分析模型是准静态或动态的改变,动态模型中考虑到了质量惯性力和阻尼的作用。并且,采用动态分析的路面响应时间历程与实际的相似程度比较高,如果忽略质量惯性力和阻尼的作用,HMA层底拉应变和路基顶面的压应力计算值会变小。     

不同结构组合在加速加载试验条件下的动力响应

应用ABAQUS有限元软件模拟MMLS3加速加载试验条件下4种路面结构组合不同结构层层底拉应变的变化,结合试验采集的应变、应力数据分析各种结构组合的动力响应。结果表明有限元动载计算结果与试验数据相近但有所区别,结构层的动力响应在移动荷载和静力荷载条件下随着深度的变化而变化,层底最大拉应变随着荷载次数的增加而不断增加,设计的原始路面结构在力学特性方面优于其他3种路面结构。     

大粒径沥青混合料基层结构抗裂机理分析

为研究大粒径沥青混合料基层的抗裂机理,采用多层弹性理论程序计算了不同结构类型路面内荷载作用产生的应力应变,基于瞬态传热假设建立了平面有限元模型,计算了降温时路面结构内的温度应力和应变,得到了荷载与温度耦合下各结构层的变形和受力特性。研究发现,当考虑车辆荷载和快速降温共同作用时,快速降温所引起的温度应力远大于标准荷载引起的荷载应力,说明快速降温的温度应力对路面的开裂起主要作用。同时,通过两种结构对比,发现采用ATB 30基层结构的沥青混凝土面层的温度和荷载应力应变均小于传统的半刚性基层沥青混凝土路面。因此认为,设置沥青稳定碎石基层是一种减少沥青混凝土路面开裂的有效方法。     

动荷载作用下水泥混凝土路面的有限元分析

基于有限元方法,假设车辆荷载为稳态简谐形式,对水泥混凝土路面结构在动荷载作用下的响应进行了分析。分析过程中以面层层底应力作为参考量,讨论了不同行车速度以及路面结构参数对层底应力的影响。对影响层底应力的参数进行灰色关联分析,得出板厚是影响层底应力的主要因素。     

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,可以抑止反射裂缝的产生;弯沉及动应力均随车速的增大而减小,高温季节,低速行驶更容易引起大车辙;当车辆超载50%时,弯沉和动应力均成倍增大,导致路面产生较大变形甚至塑性破坏,且更容易引起路面开裂,表明治理超载对延长道路使用寿命,降低养护成本具有重要意义。     

沥青混合料黏弹性数值转换与路面结构力学响应计算

为对比分析沥青混合料的弹性和黏弹性路面结构模型的不同力学响应特性，分别建立弹性和黏弹性两种三维有限元模型，计算结果表明:黏弹性模型中沥青层底拉应变随车速的增加而减小，在较低车速范围内沥青层底拉应变随车速的增加减小速率大，当车速超过80 km/h时，沥青层底横向拉应变减小速率迅速变小。弹性模型中沥青层底拉应变随车速变化规律不明显，不能反映车速对沥青层内力的影响。     

荷载和环境作用在水泥混凝土路面内产生的应力

介绍了美国北卡罗来洲所进行的一次含不同路面厚度和不同基层类型的混凝土路面实验项目，分析了荷载和环境变化对板内应力应变的影响以及翘曲变形所引起的应力并改变基层对板的支承状况这一特征。     

车轮随机动载特性的Simulink仿真分析

利用汽车的两自由度模型，应用Simulink软件仿真分析了车速与路面不平度对车轮随机动载变化趋势的影响。同时也分析了车轮随机动载的大小对路面疲劳应力的影响，指出了不同车速和路面不平度引起的路面动力反应及损伤变化规律，即车速和路面不平度的增加将导致汽车动载的增加，从而加速路面的损伤。提出了针对路面状况调整车速可以降低车轮随机动载，从而达到减轻路面损伤的要求。