沥青路面典型结构Top-Down裂缝尖端应力强度因子影响因素分析

借助ABAQUS有限元平台,分析水泥稳定碎石基层沥青路面与粒料基层沥青路面,TopDown裂缝尖端应力强度因子KII随路面结构参数、轴载及裂缝深度变化规律。结果表明,增加沥青层厚度与模量、基层厚度与模量、土基模量对沥青路面结构抑制Top-Down裂缝有益,而超载将对路面Top-Down裂缝产生严重不利影响;水泥稳定碎石基层沥青路面抗Top-Down裂缝能力大于粒料基层沥青路面。     

基于模量梯度变化的沥青路面结构力学分析

采用有限元法对无裂缝和带裂缝的沥青路面结构进行力学分析,研究了面层梯度对路面结构的拉应力和应力强度因子KⅠ和KⅡ的影响。结果表明,面层模量梯度越大,路面结构中的拉应力和应力强度因子也越大,且KⅡ远大于KⅠ。     

沥青路面老化与温度场引起的模量梯度研究

由沥青路面老化与温度引起的模量梯度是造成路面Top-Down裂缝的主要原因,为对Top-Down裂缝进行开裂预估,本文通过计算路面不同深度的平均温度得出路面的温度场分布,研究沥青路面老化随龄期、温度、空隙率和深度的发展变化规律,建立老化预估模型。根据老化预估模型中沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系,得到沥青混合料随老化时间、温度、深度、空隙率变化的梯度模量。研究结果表明:通过全寿命沥青路面结构的老化预测模型、沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系式,可建立不同老化程度和动态模量之间的关系。     

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。     

柔性基层沥青路面在动荷载作用下Top-Down开裂模拟研究

针对柔性基层沥青路面主要病害形式Top-Down开裂开展病害机理研究,为病害预防提供技术支持,有助于提高道路服务水平,延长路面使用寿命。首先,对国内外目前柔性基层沥青路面Top-Down开裂研究成果进行了对比研究,分析了不同研究成果中对于Top-Down开裂形式、裂缝形成与发展机理提出的一致以及尚未达成共识的结论,确定以动态荷载下路面结构厚度、车辆荷载作为主要分析对象。然后,利用有限元计算软件进行实体建模,参考国内已建成道路选定代表路面结构,确定各项路面参数,基于子午线轮胎按照三向应力建模;分析动荷载作用下的应力最不利位置以及应力分布;选取车辆荷载作为主要变量,对动荷载作用下柔性基层沥青路面Top-Down裂缝起裂和发展的影响因素进行研究。基于断裂力学,以轴载和路面结构层厚度为主要变量,对微裂缝出现后影响裂缝发展的不同因素进行了对比。结果显示:当路面处于完整、连续的工作状态时,在动荷载作用下,剪应力τ是TopDown裂缝形成的主要原因;当路表出现微裂缝后,轴载对于裂缝发展的影响要远大于路面处于完整、连续状态时轴载的影响,应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ的峰值显著提高,建议在柔性基层路面设计、验算时加入剪应力验算指标。     

高等级沥青路面基层底裂缝三维数值分析

裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,本文应用有限元软件ABAQUS,建立了20结点等参立方体单元的有限元模型,采用奇异等参元法及断裂力学理论,对路面基层裂缝问题进行了数值分析,分析探讨了路面结构参数对基层裂缝应力强度因子的影响及应力强度因子K1和K2在基层裂缝扩展过程中的变化规律,并预估了裂缝的扩展寿命。计算结果真实反映路面结构的现象和规律,可为高等级公路抗裂设计提供依据。     

高等级沥青路面表面裂缝扩展规律及寿命研究

为了减缓沥青路面表面裂缝,基于断裂力学理论并应用有限元软件ABAQUS,建立了20节点等参元有限元模型,对路面表面裂缝进行数值计算,且采用Paris公式预测了表面裂缝扩展寿命,分析探讨了应力强度因子K2在表面裂缝扩展过程中的变化规律及路面结构参数对表面裂缝疲劳寿命的影响。计算表明:(1)表面裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,在裂缝的扩展过程中,随着表面裂缝向下不断的扩展,其K2增大到一个峰值后,再缓慢下降。(2)在路面结构参数正常取值的范围内,对表面裂缝扩展寿命影响较大的是面层厚度、面层模量、基层模量,而土基模量、底基层厚度、底基层模量、基层厚度对表面裂缝扩展寿命的影响很小。     

沥青路面Top-Down裂缝产生的原因分析

为深入了解Top-Down裂缝病害成因机理,以某高速公路发生的裂缝病害为例,通过路面结构力学分析认为交通荷载作用不是造成沥青路面自上而下开裂的主要原因,通过路面温度场实测、沥青老化试验、不同老化程度沥青混合料的低温弯曲应变和弯曲劲度模量分析,认为温度疲劳作用是造成沥青路面自上而下开裂的主要原因,沥青路面表面的拉应力则加剧了这种开裂。     

CRC-AC复合式路面沥青层反射裂缝影响因素分析

应用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,采用断裂力学理论及奇异等参元法,对连续配筋混凝土和沥青混凝土(CRC-AC)复合式路面中沥青层反射裂缝问题进行了数值分析。探讨了I型和II型的应力强度因子(K1、K2)在沥青层裂缝扩展过程中的变化规律及路面结构参数对K2的影响。研究结果表明:K2是荷载作用下导致沥青层反射裂缝产生和发展的主要原因,其随着荷位的增大而变小;沥青层厚度的增加、横向裂缝间距的加宽、配筋率的适当增加和底基层强度的提高可以降低K2,延缓CRC-AC复合式路面沥青层反射裂缝的开裂扩展。     

基于有限元的半刚性基层沥青路面裂缝断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子和J积分是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对江苏省典型的半刚性基层沥青路面结构裂缝问题进行了荷载和温度应力数值分析,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面开裂提供依据。     

设ATPB的半刚性基层沥青路面结构疲劳特性分析

采用断裂力学方法给出了设沥青稳定排水基层（ATPB）的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端应力场和位移场,进而推导出了裂缝尖端的应力强度因子计算公式;利用有限元法分别计算了半刚性基层沥青路面结构和设ATPB的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端的应力强度因子,并利用Paris公式预估了这2种路面结构的疲劳寿命。结果表明：设ATPB可明显提高半刚性基层沥青路面结构疲劳寿命,具有延缓和抑制半刚性基层沥青路面结构反射裂缝的作用。     

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。     

交通荷载作用下玻纤格栅对反射裂缝扩展的影响

为研究交通荷载作用下玻纤格栅对沥青路面反射裂缝扩展的影响,采用ABAQUS有限元软件建立含有反射裂缝的半刚性基层沥青路面结构二维模型,对裂缝尖端的应力强度因子进行计算分析,比较铺设玻纤格栅前后路面面层内裂缝尖端应力强度因子,并分析反射裂缝扩展速率随裂缝长度和面层模量、厚度等的变化。结果表明,促进反射裂缝发展的最不利荷载方式是偏载;设置玻纤格栅后,裂缝尖端剪切型应力强度因子降低41.7%,玻纤格栅可起到延缓裂缝扩展的作用;反射裂缝的扩展速率随着裂缝长度和面层模量的增大而增大,随着面层厚度的增大而减小。     

级配碎石沥青路面倒装结构力学响应分析

倒装结构中,级配碎石层由下基层变成上基层,引起受力状态明显变化,分析和了解此变化规律有助于优化路面设计。现采用ABAQUS建立动载下不同沥青路面结构的有限元模型,分析路面在不同结构参数下的力学响应。结果表明:与半刚性基层路面相比,倒装结构能够适当发挥材料的特性,有效防止反射裂缝;但弯沉较大,且容易产生Top-Down裂缝,疲劳寿命较短。可以通过改变各结构层的厚度和模量来改善。     

基于分数阶导数沥青路面松弛应力强度因子分析

应用分数阶导数理论建立了沥青混凝土分数阶导数粘弹性应力强度因子本构方程,考虑沥青混凝土面层的松弛特性,对称荷载、非对称荷载和温度荷载的作用,通过数值计算的方法分析带反射裂缝沥青路面应力强度因子的松弛效应。结果表明:1)裂缝尖端应力强度因子KⅠ和KⅡ初始值随着荷载变形的大小而变化,初始形变值越大,松弛应力强度因子越大,初始形变对张开型应力强度因子KⅠ影响较大;KⅠ、KⅡ应力强度因子随时间的松弛程度可达30%以上;2)相同时间内温度降低越大,应力强度因子松弛趋势越明显;温降越大,Ⅰ型应力强度因子越大,松弛初始值越大,温降对KⅡ影响不太明显,说明温降越大越容易产生Ⅰ型裂缝。     

沥青路面表面裂缝应力强度因子计算方法研究

车荷载和环境荷载常导致沥青路面产生表面裂缝，并向深度发展，影响道路使用功能。应用权函数基本理论，推导出路面表面裂缝应力强度因子的计算方法，并编制相应程序计算路面应力强度因子，得出胎压和水平力对路面表面应力强度因子影响非常大。该方法简洁、有效，对工程应用非常有益。     

厚沥青路面Top-Down裂缝分析及对路面设计的启示

Top-Down裂缝是厚沥青层路面的主要损坏方式。该文首先对Top-Down裂缝的产生机理进行了分析,然后使用断裂力学和有限元模型,对有裂缝路面的裂缝扩展机理和裂缝的增长阶段进行了研究。结果表明,裂缝扩展的机理主要是拉应力作用,路面结构和荷载谱(大小和位置)也很重要;而荷载位置和温度在沥青混凝土中诱发的劲度梯度,连同沥青和基层的劲度,对裂缝扩展也有重大影响。     

应力吸收层对最不利位置上应力强度因子的影响

通过使用ANSYS有限元软件,对偏栽作用下设置应力吸收层的复合式路面最不利位置的应力进行了分析,结果显示设置应力吸收层能明显减小应力强度因子;并通过计算张开型裂缝(Ⅰ型)和剪切型裂缝(Ⅱ型)应力强度因子KⅠ与KⅡ,讨论应力吸收层对裂缝开裂方向的影响.     

考虑裂缝扩展的沥青路面疲劳寿命预估方法

为准确预估沥青路面的疲劳寿命,建立带预制裂缝的三维有限元模型,预制裂缝贯穿基层并扩展至沥青层底1 cm,通过对比分析标准轴载作用下,沥青层厚度、沥青层模量、半刚性基层厚度、地基模量、裂缝长度,以及裂缝宽度对应力强度因子的影响,从而基于Paris公式构建了基于病害发展的路面结构寿命预估模型.结果表明,影响张开型裂缝的主要...     

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。