半刚性基层长寿命沥青路面结构设计指标研究

为了研究国外基于柔性结构提出的长寿命路面设计指标是否适合我国半刚性基层结构的设计,本文采用BISAR3.0程序对我国典型半刚性基层结构和国外典型柔性结构进行了拉应力、拉应变和竖向压应变分析。结果显示,半刚性基层结构内应力、应变分布与柔性结构有较大的差异,故建议在我国半刚性基层长寿命路面设计时,应采取沥青层内最大拉应变、半刚性基层底最大拉应力、土基顶面压应变作为设计验算指标,且基顶压应变值应小于国外提出的200με。     

沥青稳定基层模量对路面结构受力的影响

为优化路面结构,针对不同的沥青稳定基层模量以及不同的结构层厚度等的路面结构组合,应用理论方法对沥青路面结构进行计算,分析了不同因素对沥青稳定基层的层底拉应变、土基顶压应变、表面剪应力等的影响,结果表明:增加基层模量有利于降低基层底和土基顶的应变,较厚的沥青稳定碎石基层并不会增加车辙的危险性,增加底基层厚度能降低基层层底拉应变和表面弯沉,增加土基模量能减小表面弯沉。结果为柔性基层路面的设计、施工提供参考依据。     

柔性路面基层应力应变的简式计算

在作者已有工作的基础上，对常见路面结构基层的弯拉应力和弯拉应变进行了大量的计算和分析，修改了柔性路面基层弯拉应力回归逼近的数学模型，并提出了基层弯拉应变的回归数学模型，得到了基层弯拉应力和弯拉应变的两上近似公式。精度分析表明，两个近似公式的精度很好，与解析解相比，绝大部分误差可控制在２％以内，可以满足工程设计和理论研究的需要。     

基于有限元法的水泥砼路面最不利荷载位置最大弯拉应力响应分析

通过采用路面有限元分析软件EverFE.2.24,分别分析了面层和基层厚度、基层和土基强度、传力杆等对水泥砼路面最不利荷栽位置的弯拉应力力学响应,得出各因素与水泥砼路面最大弯拉应力的响应关系,为水泥砼路面的结构设计提供参考依据.     

面层模量对沥青路面结构受力特性影响分析

面层模量是沥青路面结构设计的重要参数。为分析面层模量对沥青路面结构受力特性的影响,采用有限元软件计算各面层模量变化、模量比对典型半刚性基层沥青路面结构层底拉应变、面层内部剪应力、基层层底拉应力和土基顶压应变等力学特性的影响。分析结果表明:各面层模量对沥青路面结构的受力有显著影响,路面结构设计时应综合考虑选择各面层模量及面层之间模量比。     

半刚性基层沥青路面对基层状况的荷载响应

根据半刚性基层沥青路面实际应用,采用Ansys分析软件,分析基层材料在完整、松散及收缩裂缝状态下路面荷载的响应、路面结构层的应力、应变和位移情况。分析表明:1)基层材料松散对面层层底拉应变,路面弯沉及路基顶的压应变影响显著;2)横向干缩裂缝可改变沥青面层层底最大拉应变方向,对层底拉应变影响较显著。分析结果对减少半刚性基层收缩裂缝,提高路面使用寿命有一定理论指导作用。     

乌干达KE高速公路沥青路面力学响应特性的数值模拟

文中运用Abaqus有限元软件建立乌干达KE高速公路路面结构的数值模型,计算标准轴载作用下路面各结构层的应力分布和应变响应,利用面层与基层的厚度变化所产生的应力、应变来评估各个结构层对面层与基层厚度的敏感性。结果表明,面层、基层及土基层主要承受压应力,产生压应变,覆盖层与底基层承受拉应力,产生拉应变,最大拉应力与拉应变均出现在底基层下表面,最大压应力出现在AC-13面层,最大压应变出现在土基层上表面。增加结构层的厚度均会在一定程度上减弱应力分布与应变响应,减少结构层厚度则相反;对AC-13面层厚度的敏感性较强的有AC-20面层、基层及土基层,对AC-20面层厚度敏感性较强的仅有土基层,对基层厚度敏感性较强的有底基层、覆盖层及土基层,基层的厚度变化对路面沉降的影响最大。     

轮载接地面积对路面力学响应的影响

本文通过计算不同轮载接触面积的工况条件下路面的力学响应量,得到路面在不同工况条件下路表弯沉值,应力,应变的变化幅度的大小。轮载接触面积对路表弯沉值影响不大,而对剪应力,剪应变,拉应力应变有较大的影响。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

轴限对路面厚度设计的影响

根据不同的路面结构--刚性路面、半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面,分别采用临界荷位的板底拉应力、半刚性基层底部拉应力和土基顶面压应变作为控制指标,分析不同轴限对道路路面设计厚度的影响,得出了路面增加厚度与轴限的关系曲线.并计算了不同轴限下所需增加的道路建设费用,为轴限方案的比较提供了依据.     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

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。     

柔性基层耐久性沥青路面结构力学分析

为给柔性基层耐久性沥青路面结构设计提供依据,通过对不同的沥青总厚度、相同总厚度下不同层厚度组成、不同的弹性模量等各结构层参数的最值进行组合,分别分析了各种参数组合对不同控制指标的影响,利用Minitab数据分析软件对数据库内的数据进行回归分析,推导出力学响应模型,衡量了各结构层参数对路面结构力学指标的影响。研究表明:沥青层的总厚度是沥青层层底拉应变指标的主要影响参数;柔性底基层厚度是土基顶压应变指标的主要影响参数;柔性底基层动模量参数对各指标值均有显著影响;土基模量是路表弯沉值和土基顶压应变指标的主要影响参数。     

非洲法语区典型粒料基层沥青路面结构力学分析

运用ALIZE软件,对非洲法语区典型柔性粒料基层路面结构在车辆荷载作用下的力学响应及结构受力特征和超标准轴载对结构的影响进行分析。结果表明:总体上各结构层应力集中度高,弯沉盆范围小,容易产生车辙及疲劳裂缝;结构整体模量较低,联轴对结构影响较小;增加沥青层厚度可快速降低基层、底基层以及土基等结构层顶面压应变值,有利于提高抗车辙能力,而提高基层模量可有效降低沥青层底拉应变,进而提高面层的抗疲劳开裂。     

拉-压交变荷载下沥青混合料的疲劳性能

为了研究交变力学状态下沥青混合料的疲劳性能,开发专用加载设备,选择AC-25F和AC-16C两种材料作为研究对象,进行不同荷载级别和不同应力比下的疲劳试验,分析荷载级别和压应变对沥青混合料疲劳行为的影响,并建立考虑压应力影响的疲劳预估模型.结果表明:各种应力比下,沥青混合料疲劳寿命与拉应力呈对数线性关系,但压应力显著延长了材料的疲劳寿命.对于AC-25F,其在应力比为-0.5,-0.3,-0.1时的疲劳寿命分别为应力比0.1时的2.52倍、1.53倍和1.03倍;对于AC-16C,相应的疲劳寿命则分别为应力比0.1时的4.90倍、3.31倍和2.30倍;所建立的考虑压应力影响的疲劳预估模型可有效弥补现有模型仅考虑拉应力作用的缺陷,为路面结构设计和疲劳预估提供参考.     

半刚性基层沥青路面结构可靠性分析

选用交通量、路面厚度、弹性模量、车辆荷载作为沥青路面结构设计中的影响参数。将这些服从一定概率分布的参数,在Ansys概率设计的可靠性分析中视为自变量。构造含有弯沉、层底弯拉应力、路基顶压应变共3个控制指标的路面结构承载能力极限状态函数作为可靠性分析的因变量。通过可靠性分析的结果可以得出半刚性基层沥青路面满足设计要求的概率。结果表明:当以弯沉作为控制指标时,路面结构满足设计要求的概率最低,以层底弯拉应力和路基顶压应变为满足设计要求的概率较高。增大路基回弹模量和基层厚度可以提高半刚性基层沥青路面的可靠性。对提高可靠度较为理想的选择是增加基层的厚度。     

高速公路上坡路段半刚性沥青路面的三维有限元分析

运用三维有限元方法,分析了不同道路纵坡下路面结构层层底最大拉应力、层底最大剪应力和土基最大压应变的变化规律,以及上坡路段在不同超载率、路面摩擦系数和温度状况下各主要路面结构力学指标的变化情况,并提出了相应的防治对策。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受拉力有影响,更易使面层产生开裂;各面层都是剪应力作用的主要集中区域;超载率、路面摩擦系数和温度对上坡路面结构受力都存在不同程度的影响,汽车超载的影响最大。因此,应尽量提高沥青混合料面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制上坡车辆超载。     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

路面结构设计中关键因素的正交分析

通过对路面结构设计中关键因素的分析，考虑土基模量，基层厚度和基层模量三个因素，并根据工程经验选取相应的因素水平，利用正交分析方法，进行计算并通过直观分析得出这些关键因素对路面性能的影响。根据我国沥青路面设计规范，路面性能采用路面的设计指标和验算指标来表征：路面表面湾沉、基层底部拉应力和底基层底部拉应力。分析表明：土基模量和基层厚度对路面性能的影响至关重要。而基怪模量的影响要小得多。土基的模量宜在50－100MPa之间，基层厚度宜取20cm左右。     

重载交通半刚性基层沥青混凝土路面结构应变分析

以多层弹性层状体系理论双圆均布荷载为基础,结合国外长寿命路面设计方法及要求,对重载情况下半刚性基层沥青混凝士路面的沥青混凝土层拉应变分布规律进行研究.结果表明.对于半刚性基层的长寿命路面而言,有必要将中面层底部的拉应变作为控制指标之一.在半刚性基层的长寿命路面设计中.控制指标不仅要考虑沥青混凝土层层底拉应变.也要考虑沥青混凝土表面层的托应变.