多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

永久性沥青路面结构在佛清从高速公路中的应用

依托佛清从高速公路永久性沥青路面试验段,监测施工过程中关键层位顶面回弹模量及各层顶面弯沉值,通过实测数据校准三维有限元模型,进行了永久性沥青路面与半刚性基层沥青路面结构力学响应及疲劳寿命对比分析。结果表明:相比于半刚性基层沥青路面结构,永久性沥青路面结构路表弯沉、沥青层底应力应变、土基顶面压应变更大;设置FAC-13抗疲劳层及LSPM-25抗裂层后,永久性沥青路面结构永久变形量更小,疲劳寿命更长。     

半刚性基层沥青路面动态应变响应模拟分析

为研究半刚性基层沥青路面的结构动态应变响应规律,依托工程项目开展动态应变实测,并基于ABAQUS进行了三维动态仿真试验,对结构各层的应变响应规律进行对比分析。结果表明,最大纵向及横向拉应变均出现在冷再生层底部,说明疲劳开裂最可能在此产生。面层与基层间接触接近于滑动条件,可能是由于裂缝处面层与半刚性基层间产生了脱空。实测与数值仿真所得各层动态应变规律较为一致,说明动态应变测试方法能较好地反映沥青路面的真实应变响应,可为半刚性基层沥青路面结构设计与性能评价提供依据。     

机场刚性道面地基参数识别研究

提出一种机场刚性道面无损检测中的地基反应模量K的动态识别方法,以运动荷载作用下的粘弹性Winkler地基上的板系统的动态力学计算模型的方程解析解为基础,应用最小二乘方准则来拟合实测动挠度和理论动挠度,从而识别出地基反应模量K.通过实例计算,表明识别结果可靠.     

军用机场水泥混凝土道面结构参数变异性

机场水泥混凝土道面结构参数包括板厚、混凝土弯拉强度和弯拉弹性模量、地基反应模量。用钻孔取芯样测板厚,并加工成标准圆柱体试件做劈拉试验,根据试验结果计算出混凝土弯拉强度;用测得的动弯沉反算出地基反应模量。以一个机场的道面作为样本,经概率分布检验,板厚和混凝土弯拉强度符合正态分布;地基反映模量符合对数正态分布。在40多个机场实测道面参数的基础上,得到了所测机场道面结构参数的概率分布的均值和均方差,并确定了道面结构参数的变异范围。提出了各级机场水泥混凝土道面的目标可靠度的建议值,推荐了道面结构参数变异水平分级。     

机场混凝土道面板底竖向脱空量分析模型

通过设定不同温度梯度使道面板翘曲以模拟道面不同脱空程度,采用有限元方法分析了板底竖向脱空量与道面板厚度 h、基层厚度、接缝传荷能力、基层反应模量及道面板材料参数、道面板角中弯沉比、边中弯沉比的相关关系,并通过大量数据分析得到了道面板竖向脱空量的理论分析模型。经机场道面钻芯及弯沉测试数据验证表明,本经验公式预测值完全符合实际情况,可以作为脱空量的判定公式。     

机场刚性道面地基参数识别研究

提出一种机场刚性道面无损检测中的地基反应模量K的动态识别方法，以运动荷载作用下的粘弹性Winkler地基上的板系统的动态力学计算模型的方程解析解为基础，应用最小二乘方准则来拟合实测动挠度和理论动挠度，从而识别出地基反应模量K。通过实例计算，表明识别结果可靠。     

适应大型飞机的机场半柔性道面的力学数值分析

目前国内机场道面主要为水泥混凝土道面、较少的沥青混凝土道面,而半柔性道面在国内机场尚未得到应用。为了研究此类道面的实用性,研究了半柔性道面在具有复杂起落架的大型飞机多轮荷载下的力学响应规律。基于A380飞机,运用ANSYS,建立道面结构模型,在4轮、6轮、10轮、12轮、16轮和20轮荷载组合下进行结构的分析,获取应力、应变、弯沉的变化。经分析得出,多轮荷载组合下存在明显的叠加效应;6轮荷载组合是结构设计中的最不利组合;应多指标控制道面结构分析:以6轮荷载组合控制面层应变、基层应力、底基层应力,以10轮荷载组合控制土基顶面竖向应变,以16轮荷载组合控制弯沉。     

基于多轮叠加效应的A380-800响应深度研究

以飞机荷载引起的附加应力与结构层自重应力的比值等于10%作为飞机荷载响应深度的判定标准,通过建立A380-800的主起落架模型和刚性道面的全宽度模型,采用数值计算来探讨面层模量、基层模量、垫层模量、土基模量、面层厚度、基层厚度、垫层厚度对A380-800响应深度的影响。结果表明:A380-800主起落架构型复杂,叠加效应显著,应将整个主起落架布置于道面进行响应深度的分析;道面结构层参数一定时,随着距土基顶面距离的增加,A380-800的附加应力呈非线性减小;垫层厚度和模量对A380-800响应深度影响甚微,基层厚度和面层模量对A380-800响应深度影响较小,面层厚度和基层模量对A380-800响应深度影响较大,土基模量对A380-800响应深度影响显著。     

山地城市全透水沥青路面结构力学响应分析

山地城市如重庆,具有纵坡大、降雨多的特点,其全透水沥青路面结构型式与平原地区有所不同.为研究荷载作用下山地城市全透水沥青路面结构力学响应情况,借助有限元方法建立全透水沥青路面结构的三维模型,通过改变基层+蓄水层组合厚度、蓄水层模量及土基模量3个因素,分析弯沉、蓄水层层底拉应力和土基顶面压应变的响应情况.结果 表明土基模量对弯沉有显著影响,基层+蓄水层组合厚度对蓄水层层底拉应力和土基顶面压应变有显著影响,因此,可通过增加基层+蓄水层组合厚度和增大土基模量的方式来提高全透水沥青路面的强度.     

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。     

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。     

半刚性基层沥青路面低路堤模量要求分析

为了确定低路堤结构模量的合理大小,基于ABAQUS有限元软件,建立了低路堤上三种不同厚度的半刚性基层沥青路面结构有限元分析模型,计算不同低路堤模量和高度时沥青路面结构的动力响应,结合半刚性层疲劳寿命预估模型,分析低路堤模量对半刚性层疲劳寿命的影响。结果表明:低路堤上半刚性基层沥青路面水稳层疲劳寿命受低路堤高度影响较小,而受低路堤模量影响较大;针对三种不同厚度的半刚性基层沥青路面,得到了满足不同交通等级时,对低路堤结构模量以及路基顶面综合模量的大小要求。     

新一代大型飞机荷载作用下沥青道面多轮叠加效应研究

为了研究复杂起落架飞机A380荷载作用下沥青道面多轮叠加效应,建立了机场沥青道面结构三维有限元模型,分析土基材料和粒料材料非线性对半刚性基层和柔性基层沥青道面结构力学响应的影响。研究结果表明:随着轮组数的增加,轮载在道面结构内产生的响应不断增加;随着轮组数的增加,材料非线性效应对道面结构力学响应的影响逐步减弱,多轮荷载叠加效应表现明显。半刚性基层沥青道面,不同轮载组合作用时,土基非线性对道面结构的力学响应影响与线弹性的差异在5%以内;粒料非线性与土基和粒料皆为非线性时,两者之间的力学响应差异不到5%;柔性基层沥青道面,土基非线性对道面表面弯沉影响较大外,对于其他力学响应指标影响差异在5%以内;粒料非线性与粒料和土基皆为非线性两者之间的差异在5%以内,建议分析过程同时考虑土基和粒料材料的非线性特性。     

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%。     

机场水泥混凝土道面弯沉的影响因素分析

竖向挠度过大是引起机场道面损坏的一个重要原因,因此弯沉是机场道面结构设计时的重要考虑指标。影响道面弯沉的因素有很多。该文通过对影响道面弯沉的三个最主要因素进行分析,分别为面层厚度、面层材料弯拉模量和基层顶面反应模量,得到不同影响因素对道面弯沉的影响程度,比选出对弯沉影响最大的因素,作为改善道面挠度时优先考虑的指标,为道面结构设计提供参考。     

半刚性基层材料不同模量试验与分析

为了研究半刚性基层材料的模量特性,应用UTM材料试验机测试了3种水泥剂量的半刚性基层材料(CBG-25)在抗压和弯拉模式下的动、静态模量和相位角,分析水泥剂量、应力水平、频率、测试方法对半刚性基层材料模量和相位角的影响。结果表明:半刚性基层材料在抗压和弯拉模式下具有不同的应力依赖特性,随着应力水平的增加,抗压模量逐渐增大而弯拉模量逐渐减小;相位角随着加载频率的增加逐渐减小,抗压模式相位角为3.0°~7.2°,弯拉模式相位角为5.0°~7.1°;动态抗压模量为静态抗压模量的1.8~2.8倍,动态弯拉模量为静态弯拉模量的1.2~1.4倍,弯拉模量远大于抗压模量;顶面法动态抗压模量与侧面法动态抗压模量数值相当,顶面法抗压相位角大于侧面法抗压相位角;半刚性材料的强度和模量随着水泥剂量的提升而逐渐增大,而相位角呈逐渐减小趋势。     

边界弹性支撑地基板在移动荷载作用下的振动分析

刚性道面的接缝都具有一定的传荷能力,充分考虑此点可使设计更为经济合理,因此把刚性道面板建立为运动荷载作用下,弹性半空间地基上四边具有弹性支撑有限矩形板,此模型为一种新的力学模型。然后以单位力作用下的四边简支矩形板为基本系统,通过简化约束,考虑板挠曲面微分方程与振型函数在数学及力学上的相似性并利用互等功定理及变分法原理,求解出在匀速移动荷载作用下该矩形板的动力响应解析解。最后根据机场工程中实测的道面板弯沉值,利用此解析解反算出了板四边弹性支撑的刚度系数。通过该方法可以寻找接缝板动力挠度响应问题的一般规律,进而为从理论上找出动态接缝传荷(传剪)能力问题的一般规律提供参考,最终使有限矩形道面板的设计更加有效合理。     

轴重与胎压对半刚性基层沥青路面动力响应影响理论研究

采用多目标参数评价方法,分析了车辆轴重和胎压对路面结构动力响应的影响,建立移动荷载下粘弹性层状体系动力学模型。结果发现,路面结构动力响应随着轴重和胎压的增加而增加,轴重和胎压对路面结构的动力响应具有耦合性。0.7 MPa胎压下,轴重达到250 kN时,面层底部弯拉应变和土基顶部竖向压应变均小于永久性路面结构设计指标,可作为校核指标;面层底部水平剪应变远大于层底弯拉应变,可作为半刚性基层沥青路面动态设计的主要设计指标。因此,提高面层与基层之间的粘结强度是提高半刚性基层沥青路面结构使用寿命的关键。     

基于竖向加速度响应的机场道面平整度评价及IRI标准反演

为了制定科学的机场道面平整度评价标准,提出一种基于竖向加速度响应的机场道面平整度评价方法并反演IRI标准。综合考虑飞机的竖向运动、俯仰和侧倾转动,建立6自由度的飞机整机动力学模型及振动平衡方程,并从飞机轮胎的几何滤波效应出发,采用"刚性滚子"轮胎接触模型的有效路形表征不平整道面;同时,构建飞机驾驶员、前舱位、后舱位和重心处的竖向加速度及其最大响应的计算模型,并采用Simulink仿真模块进行快速求解。以某代表C类飞机为例,在服从高斯分布的随机道面激励及不同滑行速度下,综合分析4个代表部位的最大竖向加速度响应的分布特性,建立其对应的非线性回归模型,并以波音公司疲劳标准为据,反演机场道面平整度的IRI标准值。结果表明:与现有标准相比,反演的IRI标准值更为宽松,且跑道的平整度标准比滑行道更严格,与实际中机场道面的平整度评价相吻合。