多次加铺的复合道面疲劳寿命分析

为解决多次加铺的复合道面加铺层使用寿命远低于设计值的问题,利用ABAQUS建立了多次加铺和一次加铺至相同厚度的复合道面三维有限元模型,分析了两种道面模型的力学响应,得出结论:新旧道面的层间状态对剪切力和拉应变的影响较大,将新旧加铺层简化为同等厚度的沥青道面的计算结果将偏小,将会导致设计偏于不安全。根据多次加铺的复合道面层间最大剪应力沿道路深度的分布点位和变化趋势可知:加铺沥青层后,原道面层间剪应力减小,但无论加铺几次,面层剪应力均最大;随着加铺次数的增加,沥青道面层间最大剪应力逐渐增大,并且在层间接触处出现突变,突变值随加铺次数的增大而增大。这说明加铺沥青层并没有改善道面表层的受力状态,相反,随着加铺次数增加,层间结合状态和复合荷载作用等的影响增大,反而会导致表层应力增大,最终加剧表层损伤。     

机场复合道面基层裂缝的断裂力学分析

为了研究基层裂缝对机场复合道面结构的影响,建立了考虑基层裂缝的机场复合道面结构数值计算模型。采用弹性断裂力学理论,利用有限元软件Abaqus分析了不同基层裂缝宽度在对称荷载和非对称荷载作用下对机场道面结构应力的影响,并对混凝土板基层设传力杆与不设传力杆的两种计算模型进行了对比分析。研究结果表明:当不设传力杆时,在对称荷载作用下,基层裂缝宽度对道面应力的影响较小;非对称荷载作用下裂缝宽度对道面结构的影响较大,且A型荷载较B型荷载影响要大。不论对称荷载还是非对称荷载,设传力杆可削弱对机场道面结构的损坏。在裂缝宽度相同的情况下,非对称荷载作用下设传力杆效果比对称荷载作用效果要好,且非对称B型荷载比非对称A型荷载作用效果要好。裂缝宽度越小,传力杆作用越大。     

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。     

行车荷载下半刚性基层沥青路面结构响应及参数分析

文中将车辆荷载分为正向荷载和偏向荷载2种,并利用ABAQUS有限元软件建立基层含裂缝的沥青路面结构,重点对行车荷载下基层反射裂缝受力特性及其对参数敏感性进行分析,得到以下结论:正荷载和偏荷载作用下在路基面层裂缝位置处拉剪应力均发生突变,正荷载作用下基层反射裂缝因受压而不会扩展,而偏荷载是影响基层裂缝扩展的主要因素;正荷载下裂缝尖端的正应力及偏荷载下的裂缝尖端的正剪应力随着面层厚度和面层模量的增加而增大,随着基层模量的增加其应力减小;正偏荷载下的裂缝尖端张开型应力强度因子随面层厚度和面层模量的增加而增大,而随基层模量的增加而减小;偏荷载下的裂缝尖端剪切型应力强度因子随面层厚度和基层模量的增加而减小,随面层模量的增加而缓慢增加。     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

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。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。     

水平刹车荷载对半刚性基层沥青道面损坏的影响

水平刹车荷载对沥青面层损坏影响显著,分析其作用机理对于路面结构设计和面层材料设计具有重要意义。利用ABAQUS建立了考虑水平刹车荷载作用下半刚性基层沥青混凝土道面结构响应分析三维有限元模型,并就刹车荷载对沥青层应变的影响进行了分析,得出主要结论如下:水平刹车荷载作用下,随着轮胎-路面阻力系数的增大,沿行驶方向的拉应变显著增大,而且平行于行驶方向平面内的剪应变在各个深度上均表现为逐渐增大的趋势,且越靠近沥青表面所受影响越大。因此,对于频繁刹车作用段,必须考虑水平刹车荷载对表层开裂和失稳型车辙带来的影响。     

加铺沥青层路面纵缝在不同动荷载作用下的变化研究

采用有限元法对旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层路面结构进行数值建模,并分别计算研究原水泥混凝土面层作为基层时,层底裂缝在振动压路机荷载及标准车辆荷载作用下的裂缝尖端应力强度因子。通过计算对比发现,虽然振动压路机工作时有较大的激振力和振动频率,但其并不会增加路面裂缝扩展的概率;压路机振动荷载加载初期,由于存在较为明显的振动效应,会使路面层底纵向裂缝尖端出现较大的应力强度因子,因此需要避免在纵向裂缝上启动压路机。     

透水沥青面层裂缝扩展的动水压力影响分析

水和行车荷载共同作用下,沥青路面结构内部将产生动水压力。为了解随荷载作用变化的动水压力对透水沥青路面结构内部初始裂缝扩展的影响,基于ABAQUS有限元方法和线弹性断裂力学原理,引入裂纹尖端奇异单元,考虑不同的初始裂缝长度,对水和行车荷载共同作用下透水沥青路面结构内部裂缝尖端附近应力场和位移场进行分析,计算相应的张拉型和剪切型应力强度因子。结果表明:水的存在改变了透水沥青路面结构内部的应力场,对荷载作用下沥青面层裂缝的张拉型和剪切型扩展有一定的影响,但由于透水沥青路面结构具有良好的排水性能,可以有效地缓解动水压力对沥青面层已有裂缝的劈裂作用。     

山区陡坡水泥混凝土路面的应力分析

根据水泥混凝土路面的受力特点,运用三维有限元方法,分析在标准荷载作用下,不同道路纵坡面层层底最大拉应力、层底最大剪应力的变化规律,以及不同超载率对不同坡度下面层力学指标的影响。分析结果表明,拉应力和剪应力都随道路纵坡的增大而增加。其中,剪应力影响幅度较大,更易使面层开裂;超载情况下,应力指标均显著上升。因此,应尽量提高水泥混凝土面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制陡坡路段车辆超载。     

高等级沥青路面反射裂缝的三维数值分析

路面裂缝前缘应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用有限元软件ANSYS,建立了20节点等参单元有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对路面面层反射裂缝进行了数值分析,分析了各层不同模量对面层反射裂缝应力强度因子的影响及裂缝在面层中扩展时应力强度因子的变化规律.计算结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析荷载作用下路面反射裂缝的扩展提供依据.     

连续配筋混凝土路面表面裂缝影响因素的分析

为了研究带有横向裂缝的连续配筋混凝土路面在外荷载作用下,水平荷载、钢筋位置以及配筋率对路面裂缝开展的影响规律,该文运用有限元软件ANSYS建立连续配筋混凝土路面的三维模型,并应用断裂力学理论及奇异等参元法,对其路面的横向裂缝进行了数值分析,研究了裂缝尖端到钢筋层的距离、配筋位置、路面的水平荷载以及配筋率等参数对连续配筋混凝土路面面层裂缝尖端的应力强度因子影响规律,从理论上探讨了连续配筋水泥混凝土路面的工作机理。结果表明:水平荷载对连续配筋混凝土路面面层裂缝扩展有很大的影响,钢筋对不同位置的裂缝的抑制效果不同,适当增加配筋率能抑制连续配筋混凝土路面面层裂缝的开展。     

高等级沥青路面反射裂缝的三维数值分析

路面裂缝前缘应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用有限元软件ANSYS,建立了20节点等参单元有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对路面面层反射裂缝进行了数值分析,分析了各层不同模量对面层反射裂缝应力强度因子的影响及裂缝在面层中扩展时应力强度因子的变化规律。计算结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析荷载作用下路面反射裂缝的扩展提供依据。     

沥青加铺旧水泥混凝土路面的层间受力

为了研究旧水泥路面沥青加铺层层间力学特性,借助ABAQUS分析了沥青加铺层厚度、模量及裂缝对层间应力的影响。结果表明:在静荷载作用下,沥青加铺层层底竖直方向上的剪应力最大值都出现在荷载正下方;增大沥青加铺层的厚度能明显减小层底应力;沥青加铺层的弹性模量对层底应力的影响很小;沥青面层底部的最大主应力受裂缝的影响变化在1%~2%,而沥青面层底部竖直方向上的最大剪应力值受裂缝影响变化在53%~58%。     

柔性基层在高寒地区沥青路面

为了研究半刚性基层、沥青稳定碎石柔性基层、级配碎石柔性基层和应力吸收夹层在减缓高寒地区沥青路面的半刚性材料层反射裂缝方面的不同效果,采用断裂力学理论和有限元技术,对半刚性材料层已有裂缝的4种路面结构进行了在车辆荷载和高寒地区的骤然降温综合作用下的热-力耦合分析.从应力强度因子和疲劳寿命两方面,开展了上述4种路面结构对反射裂缝在沥青面层中的扩展行为影响的对比研究.结果表明,在沥青混凝土路面的面层和半刚性材料层之间设置的柔性基层和应力吸收夹层可大幅度减缓反射裂缝的扩展速度,从而延长路面使用寿命,并按照沥青稳定碎石柔性基层、级配碎石柔性基层、应力吸收夹层、半刚性基层的顺序依次递减.     

底基层结构特性对沥青路面反射裂缝的影响

采用三维有限元静力分析方法,计算分析了在贫混凝土基层上加铺沥青面层的复合式结构在行车荷载作用下应力随底基层模量、底基层厚度的变化情况,从理论上研究了不同底基层模量、不同底基层厚度对沥青面层反射裂缝的影响,阐述了底基层模量和厚度对沥青面层荷载应力的重要作用,提出了在结构层厚度一定的情况下,底基层最佳模量的取值范围。     

水泥混凝土路面的抗裂稳定性分析与评价

基于三维路面结构模型,全面分析评价了加铺土工合成材料的水泥混凝土路面抗裂稳定性,结果表明,面层底部裂缝切应力在正荷载的影响下,其水平几乎为零,与此同时3个主应力和拉应力都是负值,面层底部裂缝处拉应力在偏荷载的作用下,其值为负数,不断提升其切应力水平,进而产生剪切型裂纹。基于相同的环境温度,水泥面层底部的拉应力数值较大,与此同时切应力水平较低。在水泥面层底部,当加铺的土工合成材料弹性模量为1 050 MPa时,在面层底部裂缝处,切应力降低了42.86%,拉应力最高降低28.57%,在温度及荷载作用下,土工合成材料能将裂缝尖端产生的应力集中有效缓解,可起到对反射裂缝的抑制作用。当面层底部加铺土工合成材料后,Ⅰ型裂缝尖端应力强度因子降低了9.52%。Ⅱ型裂缝尖端应力强度因子降低了76.36%。为了增强管控防裂控制作用,可以在水泥面层底部进行土木合成材料的铺装使其内部的应力强度因子显著降低。     

机场复合道面转弯区层间力学行为试验研究

层间破坏是机场复合道面转弯区破坏的主要形式,现有研究及规范仅限于复合道面直线区,缺乏转弯区层间力学行为研究及设计建议,而转弯区由于转弯侧推力作用,往往较直线区先破坏,亟待对其层间力学行为进行研究探讨。基于ABAQUS有限元软件,建立复合道面转弯区层间黏结接触应力分析模型,依据转弯区受力情况设计复合道面压剪试验,获得相关层间黏结接触参数及层间剪切强度。利用复合道面层间接触有限元模型,分析对比复合道面转弯区与直线区层间应力变化情况,探究转弯速度、加铺层厚度对其影响规律,得到如下结论:转弯区层间水平应力呈非对称分布且大于直线区层间水平应力,水平应力最大值相差54%;转弯区层间竖向应力呈对称分布,最大值与直线区相同但位置向右偏移;随转弯速度的增大,层间水平应力最值增大,不对称性增强,转弯速度从5 kN变化到15 kN时,外侧、内侧机轮最大水平应力分别增加38.33%和15.52%,层间竖向应力最大值几乎不受速度影响;加铺层越厚层间水平应力最大值越小,内外侧轮的水平应力最大值差值越小,加铺层厚度从10 cm增加至20 cm时,最大水平应力减少33%;层间水平应力随道面深度增加而衰减,10 cm深度处已经基本稳定,因此建议机场复合道面转弯区加铺层设计厚度应大于10 cm,层间设计容许剪应力取0.94 MPa。     

含裂缝沥青混凝土路面的粘弹性断裂分析

为了研究含裂缝沥青混凝土路面结构工作性状,基于粘弹性断裂力学理论和平面应变有限元法(FEM),采用ABAQUS有限元软件分析了基准温度、路表变温及裂缝长度对含表面裂缝路面和含反射裂缝路面结构的松弛应力强度因子分布规律的影响。无论是对于含表面裂缝路面结构还是含反射裂缝路面结构,均可得出:路表降温幅度增加使松弛应力强度因子增大且应力强度因子松弛曲线逐渐变缓;基准温度对最大应力强度因子几乎无影响,基准温度越高应力强度因子松弛越快;裂缝长度增加导致应力强度因子增大。