沥青路面阻尼特征参数及路表动态弯沉盆分布特征研究

为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题,采用动力有限元数值分析方法,探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法,建立了路基阻尼参数的预估分析模型,考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明:路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素,并受路基模量的影响最为显著,而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计;FWD动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同,相同的路面结构层间接触状态不同,路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异;有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑FWD测试设备的动力特性,以及路面层间实际接触条件。     

带裂缝CTB沥青路面路表动态弯沉盆分布特征

为解决沥青路面模量参数反演时有效FWD弯沉盆测试数据甄别问题,采用三维动力有限元数值分析方法,探讨了半刚性基层沥青路面存在不同形式裂缝时路表动态弯沉盆的分布特征,提出了有效弯沉盆测试数据的筛选指标和标准,并结合依托工程进行了验证分析。研究结果表明:0.2 mm的裂缝宽度是决定半刚性基层沥青路面裂缝面之间是否存在接触行为的临界值;裂缝破损条件下,半刚性基层沥青路面路表动态弯沉盆分布规律与完好路面结构存在着显著的差异;直接路表弯沉及表面模量指标合理可靠,可以针对实测弯沉盆测试数据有效地进行筛选。研究成果为基于FWD测试技术正确实施半刚性基层沥青路面模量参数的反演分析,提供了前期技术依据与保障。     

基于弯沉盆变化率的沥青路面弯沉温度修正模型

基于FWD检测设备测得的路表弯沉,可以通过模量反演来确定路面结构承载力,从而对路面结构的维修养护提供建议。但由于沥青混合料为温度敏感性材料,其受温度影响较大,温度的变化会引起力学性质的变化,进而影响到结构承载力。因此,建立了基于弯沉盆变化率的沥青路面弯沉温度修正模型。对一条在役高速公路沥青路面在不同季节、不同温度下,进行了路面弯沉测试,反算了沥青层模量,通过对比分析,确定了沥青层代表温度;对完整弯沉盆的温度修正方法进行了研究,确定了精度最高的温度修正模型;对比了“先修正”和“后修正”的计算结果,验证了对完整弯沉盆进行温度修正的可行性。研究结果表明:1/2深度处的温度更适宜作为沥青层的代表温度;采用弯沉变化率得到的弯沉-温度修正拟合结果精度更高;基于“先修正”与“后修正”两种方法得到的面层反演模量具有很好的一致性,为沥青路面反算模量提供了一个新的思路。     

沥青路面当量回弹模量的研究

根据承载板试验和弯沉检测的结果，建立了沥青路面计算弯沉与路面当量回弹模量的经验公式，提出了适合湖南省水文、地质、气候、材料和交通等条件的路面当量回弹模量的确定方法，从而为合理选定沥青路面结构的大中修设计方案提供了科学依据。     

沥青路面黏弹性力学反问题研究

针对沥青材料的黏弹性特性,对沥青路面黏弹性力学反问题进行了研究。采用黏弹性理论,利用Abaqus有限元软件,建立了沥青路面广义Maxwell模型的黏弹性反算模量的有限元模型,基于足尺路面试验环道的FWD落锤式弯沉仪的动力荷载试验结果,对两种沥青路面结构进行了黏弹性反算模量的计算,并对考虑黏弹性的沥青路面模量的反算方法及反算模量的可靠性进行了研究。结果表明:使用广义Maxwell模型的黏弹性反算模型,利用Abaqus有限元软件对沥青路面进行模量反算的方法是可行的,其反算模量结果正确,相比考虑弹性的结果,其误差较小;将反算结果替换原始模型中的初始模量,进行正分析,发现计算弯沉盆和实测弯沉盆匹配良好,各测点计算弯沉值与实测弯沉值较吻合。     

半柔性路面模量特性研究

半柔性路面具有承载力好和抗剪切变形能力强的优点,是解决交叉口、公交站台等路段车辙病害的有效手段。然而由于力学性能的差异,半柔性路面无法完全参照水泥混凝土路面或者沥青混凝土路面设计方法,而建立适用于半柔性路面设计体系的重要工作之一就是分析路面材料模量特性。该文基于室内试验对室内成型试件及取芯试件,进行动态模量、间接拉伸劲度模量、回弹模量测试,并通过落锤式弯沉仪采集路面弯沉数据。试验结果表明：在中温度域范围内,半柔性路面材料与沥青混合料动态模量相近;而在高温低频条件下,两种材料动态模量差异显著。对比回弹模量和弯沉数据发现,半柔性路面模量约为沥青路面模量的两倍,而前者弯沉仅为后者的1/2。研究结果表明：试验方法和加载模式对两种材料模量的影响规律显著不同,路面设计应进一步结合两种路面典型破坏模式选取不同测试条件下的模量参数进行结构设计。     

遗传算法优化BP神经网络的路面结构层模量反算方法研究

路面结构层回弹模量是路面结构设计中最重要的指标之一。文中针对新沥青路面设计规范中推荐的路面结构层模量和上海典型路面结构厚度,利用有限元程序建立了弯沉盆数据库;然后基于数据库搜索理论,采用遗传算法优化BP神经网络模型,实现路面结构参数与弯沉盆大小的映射、学习,达到模量反算的目的;通过加入噪声,提高神经网络模型的鲁棒性和泛化能力,实现对FWD实测弯沉盆的模量反算。     

基于FWD路表动态弯沉盆参数的路基模量评价研究

为客观地反映既有路基的承载能力状况,基于结构动力学基本理论,建立了沥青路面结构的动力有限元数值分析模型,分析了路基模量参数与路表动态弯沉盆参数指标的相关关系,据此构建了路基模量参数的预测分析模型,并探讨了层问非连续接触、路面横向开裂及刚性层深度等因素条件对路基模量预测结果的影响.结果表明:路表动态弯沉盆参数指标与路基模量之间具有良好的相关性,路基模量可由直接弯沉参数指标d9、形状参数指标F8以及结构层厚度联合确定;路面开裂及层间非连续接触行为对路基模量参数的预测结果没有影响;当路基内刚性层深度小于6 m时,路基模量预测分析结果明显偏大.研究结果为进一步推广FWD测试设备在路基结构性能评定中的广泛应用提供了技术保障.     

刚性路面弯沉盆平均距离反演方法及综合分析

为了解决传统的刚性路面弯沉盆面积指数法在结构参数反演过程中没有充分利用各个测点的弯沉信息,反演结果存在多解性以及误差较大的局限性,提出一种刚性路面弯沉盆平均距离反演方法。在系统建模和分析传统弯沉盆面积指数法的基础上,从综合利用各个测点弯沉值信息的角度,构建了弯沉盆平均距离指标,计算相对刚度半径,并以实测弯沉盆误差最小为准则,计算板下地基反应模量,从理论上解决结构参数反演的多解性。在典型的刚性道面结构形式下,对比分析弯沉盆平均距离法、传统的弯沉盆面积指数法、弯沉盆面积指数改进法的灵敏度、鲁棒性和计算效率。数值分析结果表明：弯沉盆平均距离法对各测点弯沉值的敏感性相当,当误差小于5%时,反演结果与真值相差小于12%;弯沉盆平均距离法对各个测点的测量误差具有更强的鲁棒性,比传统的弯沉盆面积指数法和弯沉盆面积指数改进法分别提高42.5%和33.5%;弯沉盆平均距离法和传统的弯沉盆面积指数法的计算效率相当,均为弯沉盆面积指数改进法的7倍。基于4C和4D机场道面的FWD实测数据的反演分析,弯沉盆面积指数改进法的反演结果能减少与实测弯沉盆的拟合误差,提高刚性路面结构参数反演的合理性。     

路面结构层材料非线性特性反演

针对基于落锤式弯沉仪的路面结构层模量线弹性反演在某些情况下的不足之处，引入路面材料的非线性模型，并结合非线性最小二乘优化，研究路面结构层材料非线性特性有限元反演方法，通过实测弯沉盆的反演验证，表明可以较好地解决在基层或底基层上进行FWD检测，以识别薄弱层和监控施工质量时的模量反算问题。     

基于遗传算法的刚性路面脱空判定

利用有限单元法建立了可考虑接缝和地基脱空的刚性路面位移计算模型。模拟生物进化过程,利用遗传算法建立了反演路面结构层模量的方法。最终提出了判定刚性路面板角(边)脱空面积的迭代方法,利用落锤式弯沉仪(FWD)实测板中弯沉盆数据反演模量,根据反演结果计算板角(边)的理论弯沉值,对比理论与实测弯沉值确定地基脱空面积,修正地基接触状况重复上述计算过程,直至计算结果收敛。     

刚性基层沥青路面参数动态反演

为了对刚性基层沥青路面结构的模量反演提供参考,采用谱单元法作为正分析方法,利用实测弯沉时程曲线和理论计算结果构造优化目标函数,通过数值优化方法对沥青路面力学参数进行动态反演,并与传统静态方法反演的结果进行了比较。结果表明：传统静态方法反演得到各结构层的弹性模量,动态方法反演能得到沥青层动态模量主曲线和相位角主曲线以及其他结构层的弹性模量;动态模量和相位角主曲线组成完整的黏弹性参数,可以更全面地描述沥青混合料的力学特性与频率的相关性;动态反演方法采用各传感器处弯沉时程曲线作为优化过程中的约束条件,静态反演方法中仅采用弯沉曲线峰值作为优化约束条件,约束力度远小于动态反演方法,导致静态反演结果的变异性远大于动态反演结果,尤其是基层和底基层,静态方法反演结果的变异系数可达动态反演结果的2倍以上,而且反演得到的各结构层的弹性模量处于材料典型取值范围内的百分比明显小于动态反演结果。静态反演方法易引起"模量窜层"现象,造成反演结果失真,无法客观地对路面结构层进行质量评定;动态反演方法能利用实测弯沉时程曲线的全部信息,保证反演结果收敛于真实值,有效避免"模量窜层"现象,为路面质量评定提供有效途径。     

基于弯沉等效原理的沥青路面结构承载力评价研究

为了准确评价沥青路面的结构承载力,利用弯沉等效原理,将室内动态模量初始值转化为结构层的当量模量标准值;根据动态模量与劲度模量的相似变化规律,确定不同交通荷载等级、不同材料类型的模量衰减阈值;依托试验路中5种结构形式沥青路面的实测弯沉盆,反算得到路面结构层衰减值;将衰减值与标准值的比值与阈值比较,评价沥青路面结构承载力的强弱,评价结果与试验路的实际路用性能一致。     

不同模型下的FWD路面模量反算结果分析

通过分析不同荷重等级下的FWD实测弯沉盆,进而比较了实测弯沉盆在反算过程中考虑土基非线性及动荷载因素时对路面各层反算模量的影响,得出三层路面结构的实测弯沉盆基于静力线弹性模型的模量反算结果会高估土基模量,低估基层模量,并解释了原因。     

不同模型下的FWD路面模量反算结果分析

通过分析不同荷重等级下的FWD实测弯沉盆,进而比较了实测弯沉盆在反算过程中考虑土基非线性及动荷载因素时对路面各层反算模量的影响,得出三层路面结构的实测弯沉盆基于静力线弹性模型的模量反算结果会高估土基模量,低估基层模量,并解释了原因。     

基于弯沉的沥青路面结构模量反算方法

对现有的5类由实测弯沉反演沥青路面结构模量的方法进行了综合阐述,并对沥青路面结构模量反演技术的发展方向进行了预测。     

沥青路面半刚性基层开裂的弯沉特性及判别

针对沥青路面半刚性基层是否出现开裂的问题,建立了路面结构的三维力学模型,采用有限元方法,分析了半刚性基层和沥青路面均出现开裂、半刚性基层未开裂但沥青路面开裂的弯沉和弯沉盆变化特性,比较了半刚性基层和沥青路面均出现开裂时与半刚性基层未开裂但沥青路面开裂时路面弯沉盆的差异,结果表明,沥青路面面层和基层均出现开裂,路面裂缝传荷效率LTE最小和弯沉盆最大斜率km最大。因此,此两参数可用于判别沥青路面半刚性基层是否开裂。     

基于地统计学变异函数理论的HMA压实均匀性影响分析

现在常规的路面结构分析设计方法如多级层状分析方法、AASHTO路面结构设计方法都是基于计算模型中材料的均匀性。文中应用Bomag IC Evib方法对试验路压实区域100%覆盖测量其回弹模量,基于测量的非均匀分布的结果建立三维有限元模型模拟热拌沥青路面的弯沉响应,应用(M-E PDG)模型预测路面结构疲劳寿命。将沥青层模量看作空间异构分布,地统计学中的变异函数模型用于评价预测结果的均匀性。结果表明,材料模量的均匀程度对沥青路面路用性能影响巨大。材料弹性模量的非均匀分布可以加剧弯沉的危害并缩短路面结构疲劳寿命。     

结构层参数对倒装式沥青路面弯沉盆的影响

目前对倒装式沥青路面结构研究尚少,且通过FWD弯沉仪获取数据的需求越来越高,因此,以倒装式沥青路面为背景,首先通过改变各结构层的模量和厚度,利用kenpave软件进行计算,分析各结构层模量和厚度改变对倒装式沥青路面弯沉盆的影响,然后对半刚性和倒装式结构利用正交分析方法,对各结构层模量和厚度选取了九个值,采用SPSS软件生成正交表,对结果进行极差分析,分析各参数对弯沉盆的影响规律,简单分析两种结构的异同点。发现单纯提高参数值并不能有效减小弯沉。相比半刚性结构,加入级配碎石层的倒装式结构敏感性增加。     

面层模量对重载交通沥青路面受力特性及使用寿命的影响分析

面层模量是路面设计的重要力学参数,它的取值将直接影响到路面结构的设计结果及受力特性。应用路面计算程序,系统分析面层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力以及路面结构疲劳寿命的影响,并阐述其影响规律。结果表明,面层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性及使用寿命具有显著的影响,提高面层模量值将增大面层应力,显著减小路表弯沉值、基层及底基层层底拉应力,进而提高路面的疲劳寿命。