高速公路长大纵坡路段抗车辙技术分析

沥青路面的车辙变形主要是由于沥青混合料在高温荷载作用下的变形引起的,山区长上坡路段高速公路沥青路面车辙是在交通荷载长时间作用、高温和重载的综合作用下产生的。通过对贵州地区高速公路路面车辙病害问题的调查,分析了高速公路长大纵坡路段车辙病害产生的原因,对长大纵坡路段车辙病害形成机理和解决措施进行了研究。研究结果表明,重载交通、坡度、低速行驶是导致高速公路长大纵坡路段车辙病害产生的主要原因,对于山区高速公路长上坡路段的路面结构设计需要从车道设计、沥青混合料设计、路面结构组合设计等方面进行单独设计,从而提高沥青路面结构的抗车辙能力,延长路面的使用寿命。     

夏热冬寒区道路沥青混合料的配合比设计

沥青混合料配合比设计是沥青路面施工过程中一项十分重要的工作。不同的气候条件、环境条件以及交通量大小对配合比设计的原则和目标均有较大的影响。特别是对于寒区道路沥青路面的配合比设计,在满足混合料低温性能要求的前提下,还要兼顾其高温性能。该文以塘汉快速路的沥青路面配合比设计为实例来讨论寒区道路沥青混合料配合比设计的特点。     

半刚性基层沥青路面变形的粘弹塑性分析

半刚性基层沥青路面为粘弹塑性材料(沥青混合料面层)及弹性—粘塑性材料(路基、土基)组成的复合层状结构。由循环轮载引起的沥青混合料面层内的粘弹塑性变形，可由粘弹塑性模型加以模拟；同时该模型可与弹性—粘塑性模型统一于一个数值分析程序里，以模拟半刚性基层沥青路面在各种环境下的工作状况。与传统的层状弹性计算方法相比较，粘弹塑性分析既能反映路面结构对行车荷载大小的应力及变形响应，又能获得不同行车作用时间下路面的塑性变形。算例分析表明，半刚性基层的刚度及厚度是影响路面结构力学响应的2个重要而又复杂的因素，故设计中应对这2项参数加以综合考虑。     

基于实际工况的沥青路面合理改性匹配关系研究

现行道路设计中全线通常采取单一改性措施,这样不仅增加工程费用并使得特殊路段如大纵坡小半径路段不能满足设计要求。为充分发挥改性沥青作用,使改性设计更符合路面不同工况受力的要求,通过调查分析湖南省多条高速公路沥青路面结构及面层改性的使用情况,建立了基于湖南实际改性路面结构的力学模型,计算分析了不同轴重、纵坡、转弯半径、温度等因素作用下道路剪应力的分布规律,并提出了基于改性需求的路面工作状态分级。综合考虑湖南省气候条件、工程经济性,提出了面层合理改性效果评价指标为高温稳定性、低温抗裂性、抗水损坏性及改性沥青价格,并提出对应评价标准。对不同改性材料建立灰色区间关联决策模型,计算得到了各沥青混合料面层材料改性效果排序。基于改性效果与道路实际工况,提出了沥青路面合理改性的匹配关系。研究推荐了6种改性方案应用于湖南省永吉高速全线,保证了全段寿命的均衡,同时又兼顾施工便利性与经济性,工程实施效果良好。     

高温条件下上坡路段沥青路面结构性能研究

结合京珠高速公路某路段的现场路面温度实测结果,运用三维有限元方法,重点分析了不同道路纵坡、不同应力场情况下,上坡路段路面结构在水平和竖向荷载综合作用时,其最大拉应力、最大剪应力和最大路表弯沉的变化规律。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受应力有较大影响,且只在距路表2 cm深度范围内存在拉应力;高温温度场的存在虽然不会明显加大上坡路面结构各层的拉应力和剪应力,但会使路表弯沉明显增大,容易导致车辙破坏。对京珠高速公路某路段车辙病害展开现场调查,调查发现该路段严重的车辙变形60%是由中面层产生,其余40%是由上面层和下面层产生,即车辙大多来源于中面层。最后,提出了上坡路段沥青路面结构设计建议,还据此进行面层混合料设计,且铺筑了试验路。所设计的沥青路面车辙发展缓慢,能适应炎热环境温度下长大纵坡的道路交通。     

长大纵坡路段沥青路面车辙规律和影响因素

为了探明长大纵坡路段车辙的分布特征及影响因素,改善沥青路面的抗车辙性能,以铜黄高速公路为依托,调查了该公路的日平均交通量和长大纵坡路段的车辙病害。首先,通过测量不同长大纵坡路段的车辙深度,分析了车辙沿深度方向的分布特点;其次,通过开挖典型车辙断面,分析了车辙在路面结构层内的分布规律;再次,钻取了典型车辙病害路段的圆柱形路面芯样(芯样直径150 mm),并结合圆柱形试件车辙试验(CSWTT)结果,揭示了长大纵坡路段沥青路面车辙的分布规律和产生机理;最后,分析了纵坡坡度与坡长、行车速度、温度、沥青混合料材料特性等因素对长大纵坡路段车辙的影响,同时提出了改善沥青路面长大纵坡路段抗车辙性能的建议。结果表明:长大纵坡路段沥青路面的车辙主要分布于中、下面层;长大纵坡路段的车辙主要由压密变形和剪切流动变形组成,前者来自于行车荷载的碾压,后者则是由沥青混合料在多因素(重载、高温、慢速等)耦合作用下的抗剪切能力不足引起,且后者对车辙产生的贡献率更大;当其他条件相同时,坡长对车辙的贡献率高于坡度,当纵坡坡长较长(超过或接近临界坡长),坡度较大(3%)时,则车速降低最快,相应地,长大纵坡路段沥青路面车辙最为严重。     

基于多级加载蠕变试验的沥青混合料变形特性研究

沥青路面的永久变形是路面结构层在荷载作用下塑性变形的积累.采用旋转压实仪GC减小沥青混合料试件制作过程中的变异性,在此基础上以MTS810型液压伺服务系统分五级进行单轴压缩蠕变试验,研究重复荷载作用下沥青混合料的变形特性.从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形内在机理,探讨了受压状态下耗散能与混合料不可恢复变形间的联系,分析了室温下荷载作用时间对沥青混合料应力与应变关系的影响.     

中法沥青路面结构设计对比研究

基于中法现行沥青路面设计规范,将两国沥青路面设计理念、设计理论及指标、设计参数和方法进行对比分析。研究发现:法国是将路基路面作为整体进行设计的,路面结构类型除比中国多了全厚式沥青路面结构外,其余路面结构类型相似。两国沥青路面设计理论相同,但法国路面设计指标比中国少了沥青混合料层永久变形和沥青面层低温开裂两个指标。两国设计均包括结构层组合与厚度拟定、设计参数和方案确定与验算,但设计参数取值或计算方法存在差异。两国均采用体积法进行混合料设计,但法国沥青路面材料与结构设计联系更紧密。值得注意的是,法国沥青路面设计特别注重路面抗冻性检验,而中国只建议在季节性冻土地区考虑。研究成果不但有利于完善中国沥青路面设计方法,而且能为援非道路建设者快速了解法国沥青路面设计方法提供帮助。     

长大纵坡路段抗车辙沥青路面的设计及应用

针对沥青路面特别是长大纵坡路段车辙的成因,分析抗车辙沥青路面设计对策,包括沥青路面结构层设计和沥青混合料设计。实际应用表明,通过加大沥青层厚度,优化沥青混合料性能,能确保沥青路面良好的抗车辙性能,促进路面使用性能提升。     

滨州永久性沥青路面试验路初期阶段研究综述

针对传统设计的沥青路面结构需要周期性改建的重大技术难题,从重载作用下路面结构疲劳损坏的机理入手,首次铺筑重载交通条件下具备路面响应实时监测和长期性能观测条件的永久性沥青路面试验生产路。建立了典型重载交通道路的轴载谱参数和重载交通条件下路面力学响应实测数据库。通过对不同结构组合的路面结构力学响应规律的研究,得出了不同的路面受力状态规律,构建了路面力学响应新模型。在以上研究的基础上提出了重载条件下永久性沥青路面典型结构形式,推荐结构4作为典型永久性沥青路面结构推广应用,并初步形成基于累计损伤与极限应变的永久性沥青路面结构设计方法。     

AC-13型沥青混合料剪切疲劳寿命预测

针对长大纵坡处和转弯处沥青路面常见的推移、拥包等水平剪切性破坏,采用旋转压实成型方法,对AC-13型沥青混合料进行恒定高度条件下的重复剪切试验,根据不同应力比条件下的剪切疲劳曲线,推导出AC-13沥青混合料剪切疲劳方程,利用该方程可以对其剪切疲劳寿命进行预测。结果表明:应力水平对沥青混合料剪切疲劳寿命影响巨大,0.2应力水平条件下AC-13沥青混合料的剪切疲劳寿命为17338040次,而0.4应力水平条件下的剪切疲劳寿命为552077次,减小幅度达96.8%;对于长大纵坡和曲线较多的山区公路,严格限制车速和车辆载重,可以在一定程度上延长沥青路面使用寿命。     

玄武岩纤维在重载SBS沥青玛蹄脂碎石混合料路面中的应用

为探讨玄武岩纤维在重载路面中的路用性能及其路面结构的力学响应，对不同掺量玄武岩纤维沥青混合料与路面结构进行研究，通过高温稳定性、低温抗裂性、浸水马歇尔和冻融劈裂试验对玄武岩纤维SMA-13沥青混合料的高低温及水稳性能进行评价，并基于ABAQUS有限元程序对路面结构在累计荷载作用下的力学响应进行分析。结果表明：玄武岩纤维沥青混合料高温、低温、水稳性能要明显优于木质素纤维沥青混合料，最佳掺量为0.3%;玄武岩纤维沥青路面上面层变形量最大，且纤维对集中于中面层的车辙变形影响尤为显著。室内试验和有限元模拟结果表明，玄武岩纤维对SBS沥青路面的改善效果显著，且ABAQUS有限元程序在研究玄武岩纤维路面结构力学性能时能够起到良好的作用。     

减薄高模量沥青路面厚度的可行性分析

在沥青混合料中添加外掺剂提高沥青路面模量的同时,使建设成本增加,通过减薄沥青层厚度可获得经济效益上的平衡。对比分析了原路面与减薄后的高模量路面在沥青混合料层永久变形量、沥青层底拉应变、无机结合料稳定层层底拉应力及路基顶面竖向压应变四个设计指标下的力学响应。结果表明:减薄后的高模量沥青路面永久变形量降低、疲劳寿命略有提高。     

基于Abaqus的两种柔性基层沥青路面车辙对比分析

通过室内试验和优化设计确定以ATB-30和级配碎石为基层的两种柔性基层沥青路面结构,利用Abaqus软件建立路面结构分析模型,结合单轴蠕变试验获取沥青混合料蠕变参数,从影响车辙的主要因素出发,建立4个工况的分析过程,通过改变单一影响因素的方法获得模拟结果并做相应的对比分析。结果表明:有限元的模拟完全符合沥青路面车辙变形的规律,作图分析表明:级配碎石柔性基层沥青路面具有更好的抗车辙能力,利用设计年限内车辙变形的拟合公式,可以计算预计年限的车辙值,对所建道路进行实时观测,通过与预测值的比较,可以制定合理的预防方案,从而为沥青路面的养护和维修时机进行及时预警。     

基于ABAQUS的水洗灰沥青路面力学性能研究

垃圾焚烧水洗飞灰沥青混合料可以实现垃圾焚烧飞灰资源化利用,体现道路的节能减排设计理念,而沥青路面的力学性能是衡量道路寿命的关键。以某依托工程为基础,在大量实验基础上应用有限元软件ABAQUS,建立沥青路面结构动力响应的三维有限元模型,采用有无对比法分析在移动荷载作用下路表弯沉、层底弯拉应变、层底剪应变等空间分布和位移、应变与时间的关系,得到各层底竖向位移U2时程曲线、应变LE22时程曲线、纵向剪应变LE23时程曲线和最大值。研究表明:与普通沥青相比在移动荷载作用下,水洗灰沥青路面可提高沥青路面结构强度、高温抗车辙能力;降低沥青路面的路表弯沉、低温性能,为实现垃圾焚烧飞灰资源化利用提出了一种新的思路。     

内置应变传感器与沥青路面结构协同工作性能研究

为研究传感器与沥青路面结构的协同工作性能，揭示传感器的感知效能及与混合料协同工作的性能演化规律，通过对融合内置传感器的沥青混合料试件，开展多重模式下的力学响应试验，分析不同加载模式和环境工况下的应变响应规律特征；采用ABAQUS软件，建立融合内置传感器的梁试件有限元模型，通过数值模拟与计算，并结合四点弯曲疲劳试验，对内置传感器与沥青混合料协同工作下的交互影响行为和耐久性进行分析。研究结果表明：在逐级加载和动载作用下，传感器表现出良好的感知时效性；实测应变响应受混合料黏弹性质影响存在明显的滞后效应，加载频率f愈大，滞后效应产生的不利影响愈明显；当信息采集频率f^′为加载频率f的120倍时，数据采集效果最佳；应变传感器在温度变化、水-热耦合及不同速率等工况下能保持稳定的应变感知功能，实测应变响应曲线符合沥青路面结构的力学行为特征；与传感器法兰相接触的混合料和传感器自身测力杆处存在明显的应力集中现象，导致梁试件发生疲劳开裂而降低混合料的疲劳寿命；荷载反复作用下，裂缝的形成和拓展及传感器与基体材料发生滑移，造成实测应变难以反映混合料的真实形变，且感知功能呈现协同工作、感知失...     

弯道路段沥青路面结构力学性能研究

工程实践发现,在弯道路段沥青路面病害较多,尤其是车辙、推移现象,探究弯道路段沥青路面结构力学性能是获知其病害成因的前提。利用有限元软件ADINA,以高速公路典型半刚性基层沥青路面结构为例,定量分析了不同车速、轴载下弯道路段沥青路面结构力学性能,并与直道路段进行比较。结果表明:高温条件下,弯道路段沥青路面结构受力较直道路段更为不利,从而更易产生由于沥青混合料强度不足引起的车辙、推移等病害;高温条件下的超载、超速现象将加速弯道路段沥青路面的永久变形。     

重载交通沥青路面剪切屈服区分布规律研究

半刚性基层沥青路面的面层沥青混合料在重轴载车辆作用下,产生的剪应力超过其抗剪强度而容易产生过大的剪切塑性变形,使其产生横向剪切流动。考虑面层沥青混合料的粘弹性特性、不同轮载条件下非均布接地压力和路面面层及基层间的实际接触状态,选择4种典型沥青路面结构,用有限元分析方法进行力学响应分析,假定沥青混合料符合莫尔库仑屈服准则,编制基于COSMOS／M的二次开发程序找出重轴载条件下沥青面层剪切屈服区分布规律,解释重载交通沥青路面车辙产生机理。研究结果表明,沥青面层剪切屈服区随着车辆轴载增大而逐步扩展,不同路面结构沥青面层剪切屈服区扩展变化规律不尽相同,路面车辙发展速度和产生部位也不相同。     

高速公路大纵坡和连续上坡沥青路面车辙病害调查分析

车辙已经成为高速公路沥青路面主要病害,大纵坡和连续上坡路段尤其严重.该文以国内某两条高速公路大纵坡和连续上坡沥青路面车辙病害跟踪调查数据为基础.从环境温度、行车速度、轴载和材料性能及结构方面分析了车辙产生的客观原因.分析表明,大纵坡和连续上坡沥青路面车辙控制应结合路段实际条件开展结构组合和材料设计.     

差异沉降对路面结构附加变形影响的大比尺模型试验

为合理描述新老路基差异沉降条件下路面结构层的附加变形问题,借助大型地基差异沉降平台,开展了新老地基差异沉降条件下拓宽沥青路面层影响机制大比尺模型试验研究。试验结果表明:在地基差异沉降作用下,沥青路面结构层整体处于受拉状态,下面层受到的地基差异沉降的影响最为明显,在地基差异沉降达到14cm时,路面结构面层开始出现塑性变形;新老路基中铺设土工格栅可以缓解下部地基差异沉降并减小路面结构层的附加应变;路面汽车荷载能在一定程度上缓解拓宽路基差异沉降导致的结构层附加变形;地基差异沉降会导致路面结构层与路基出现脱空从而产生局部弱支撑,在重力的作用下,沥青混凝土路面板呈现弯曲状态,路面表层会出现反坡。