高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究

为了修筑更具耐久性的半刚性基层长寿命沥青路面,探究高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面应用的合理性及可行性,采用弹性层状体系模型分析了不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。进而通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验,评价了高模量沥青混凝土的抗疲劳特性,采用累积耗散能指标将其与表面层材料进行了比较。结果表明:对于薄面层的半刚性基层沥青路面,当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时,沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变,沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险;随着下面层模量的增加,沥青面层底部的剪应力略有增加,而最大剪应力均值有所减小,有利于改善沥青下面层的抗剪能力;不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别,而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一,20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能;在半刚性基层长寿命沥青路面中,下面层使用高模量沥青混凝土可以改善路面的抗车辙和抗疲劳性能,为实体工程建设提供一定的参考依据。     

耐久性基层沥青路面结构比选研究

以某新建公路工程为背景,运用ABAQUS软件建立路面结构三维模型,针对工程初步设计供选的三种耐久性基层沥青路面结构进行力学响应和疲劳寿命对比分析,得出以下结论:①RCC基层、加强型半刚性基层路面结构的路表弯沉峰值较于倒装式半刚性基层路面要小,故该路面结构的承载能力更优;②RCC基层、加强型半刚性基层和倒装式半刚性基层路面结构的沥青层层底拉应变差距较小,故均具有良好的抗疲劳损伤性能和使用性能;③倒装式半刚性基层路面结构的沥青下面层层底拉应力峰值较小,故抗拉开裂性能较优;④RCC基层沥青路面结构的半刚性基层和底基层的层底拉应力以及疲劳寿命较于其余两种路面结构要小,故RCC基层沥青路面结构的抗疲劳能力、抗拉压性能较优;⑤三种路面结构中RCC基层的各项性能较优,故工程路面结构推荐RCC基层。     

半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性研究

针对半刚性材料作为长寿命沥青路面基层使用问题,通过拟定典型路面,采用BISAB3.0计算了不同沥青层厚度下半刚性基层沥青路面的承载能力和疲劳寿命,分析了沥青层加厚对半刚性基层的基层应力和半刚性材料干缩、温缩的影响,研究了半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性.结果表明:相同荷载作用下,沥青层厚度增加,半刚性基层层顶压应力和层底拉应力明显减小,基层疲劳寿命大幅提高;半刚性基层受温度、水等外界因素影响明显减弱,半刚性基层的开裂、冲刷和路面反射裂缝等问题得以有效控制.     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

沙漠公路倒装式沥青路面力学性能研究

沙漠地区昼夜温差大,年最热月、最冷月极端气温均较为明显,公路产生温缩、干缩开裂病害难以避免,造成路面结构强度下降。基于此,提出沙漠公路倒装式沥青路面结构试验段方案,利用粒料类柔性基层防止或延缓沥青路面反射裂缝。根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）中路面结构验算方法,采用HPDS计算软件,分析研究倒装式沥青路面级配碎石层厚度、模量对路面结构力学性能影响以及路面结构的疲劳衰减性能。结果显示：级配碎石层过厚,容易造成沥青层的弯拉疲劳开裂,且路表弯沉值小幅减小,而厚度过小,不宜压实,容易产生离析,应以15～18 cm为宜;级配碎石层回弹模量越大,半刚性层疲劳开裂和沥青混合料层疲劳开裂对应的累计当量轴次以及沥青混合料层永久变形量均增大,半刚性层层底拉应力明显减小。     

施工车辆荷载对基层结构影响研究

运用弹性层状体系理论和规范推荐的半刚性材料的疲劳方程进行3层结构体系的层底拉应力和疲劳寿命计算,分析研究基层、垫层和土基3层结构体系的力学特性和疲劳特性.研究发现,重载施工车辆对基层和垫层有很大的破坏作用,垫层材料和结构对半刚性基层沥青路面的耐久性能有很大影响.     

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。     

动载作用下半刚性沥青路面力学响应分析

为了解决陕西省高速公路沥青路面早期病害严重问题,选取陕西省典型的半刚性基层沥青路面结构,研究在动载作用下不同结构组合的沥青路面的力学响应。利用Ansys有限元分析软件对动荷载作用下的沥青路面进行仿真模拟,并提取数据进行分析,得到以下结论:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力均逐渐减小;随着沥青面层模量的增加,沥青层拉应力逐渐增加,而半刚性基层拉应力逐渐减小;该文建议沥青面层在18~20cm之间取值,半刚性基层厚度取值40cm以上。     

基于均匀设计的刚性基层沥青路面破损机理三维有限元分析

利用均匀设计软件对影响沥青路面结构安全性能的参数进行组合,采用有限元方法分析刚性基层路面应力分布情况;利用路面疲劳损伤潜在指数APPDI3D云图及应力状态组合形式研究刚性基层沥青路面结构的破坏模式,在重点分析面层最大APPDI3D对应的主应力组成方式的同时,提出APPDI3D与面层厚度和模量、基层厚度和模量、底基层厚度和模量、路基模量7个因素之间的关系。结果表明,车辙、top-down裂纹为刚性基层沥青路面早期破坏的主要模式;刚性基层沥青路面的应力组成形式为压剪应力、拉剪应力及拉-压复合剪切应力;通过回归分析得到的APPDI3D与7个因素之间的关系能很好地预测拟建路面结构的安全性能,为拟建或在建多面层路面结构设计提供理论依据。     

沥青路面路基结构组合优化力学数值探析

采用ABAQUS建立了沥青路面结构的三维有限元模型,对典型沥青路面的动力学特征进行了模拟计算,通过分析路面结构动力响应量和结构参数的关系,获得了两者的正负相关性,并提出了改善路面结构受力状态的有效途径。研究结果表明:面层模量一定时,随基层模量的增加,路表弯沉下降,半刚性路面和组合式路面基层层底应力增加;当基层模量一定时,随面层模量的增加,半刚性路面路表弯沉的变化较小,倒桩式路面和组合式路面路表弯沉变化明显,且组合式路面的基层层底应力明显提高;随基层模量增大,半刚性路面收底基层层底应力变化显著,受面层模量影响较小;当面层模量达到2 000 MPa后,基层模量对倒桩式路面底基层层底应力影响可忽略;面层模量较高时,基层模量和面层模量的增加,组合式路面的底基层底应力减小;随基层厚度的增加,路面各力学响应指标逐渐减小,基层厚度大于40 cm时,通过增加基层厚度来改善路面疲劳开裂效果减弱;基层厚度小于20 cm时,底基层的弯拉应力较大,路面基层为主承重层,承担较大的荷载作用,因而可通过提高基层厚度来抑制弯拉破坏,改善基层受力。     

基于沥青路面结构层疲劳寿命的路面结构层模量组合研究

考虑路面各结构层不同的模量组合,建立不同路面结构的有限元模型,分析基层模量和底基层模量对于沥青面层层底拉应力和底基层层底拉应力的影响规律,并通过沥青路面抗疲劳开裂的经验公式,预测不同路面结构组合的沥青路面疲劳寿命,分别对沥青面层和基层合理的模量组合,以及底基层和路基模量匹配进行研究.结果表明:当面层与基层模量比值(E面层/E基层)小于1.8时,沥青面层疲劳寿命随E面层/E基层的增加迅速降低,E面层/E基层大于1.8时,面层疲劳寿命随E面层/E基层的增加缓慢降低,疲劳寿命预测值降为2.3万～160万轴次;底基层模量和路基模量比值(E底基/E路基)较低时,底基层疲劳寿命随E底基/E路基的增加迅速降低,E底基/E路基大于20∶1时,底基层疲劳寿命缓慢降低,疲劳寿命的预测值已经降低到200万标准轴载作用次数以下;通过考虑E面层/E基层和E底基/E路基的路面疲劳寿命等值线图,可以确定路面设计疲劳寿命对应的E面层/E基层和E底层基基/E路基的合理取值.     

级配碎石基层沥青路面复合土工格栅最佳层位研究

为优化级配碎石基层沥青路面复合土工格栅结构,基于层状结构体系理论,采用黏弹性模型和Mohr-Coulomb模型表征沥青面层和级配碎石层的特性,通过Abaqus建模分析典型路面结构的应力、土工格栅的抗开裂性能和疲劳寿命,确定和试验路验证了土工格栅的最佳层位。结果表明:土工格栅位于沥青面层与级配碎石层交界面处时,级配碎石层受压,沥青层底的最大拉应力和拉应变最小,且结构疲劳寿命最长。综合考虑级配碎石厚度和模量对沥青层和半刚性基层层底最大拉应力的影响,建议级配碎石的模量≥300 MPa,厚度取15~20cm。研究成果可为复合路面结构提供设计理论依据和施工经验。     

结构参数对沥青路面结构设计的影响分析

应用现行设计规范提出的公路沥青路面结构厚度计算理论和方法,通过实例计算,分析了路面结构厚度随设计弯沉、土基模量的变化关系,分析了土基模量、半刚性基层厚度对路面各结构层层底拉应力的影响,得出通常情况下会以底基层层底拉应力控制结构厚度设计,以及提高土基模量、增加半刚性层厚度可以减小（底）基层层底拉应力从而减少疲劳开裂的结论。     

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。     

基于有限元方法对半刚性基层沥青路面设计指标敏感性分析

由于沥青路面在现行的组合设计中没有太重视,本文基于内蒙古自治区高速公路半刚性基层沥青路面的结构设计参数进行调查,利用ANSYS有限元软件,采用正交试验的方法建立模型,分析了面层厚度、层间接触状况、基层厚度以及路基模量这4个因素对沥青路面的路表弯沉和半刚性基层层底拉应力的敏感性。为以后的沥青路面结构组合设计提供理论基础。     

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。     

基层模量对沥青混合料路面性能影响的力学分析

通过对典型路面结构三维有限元计算,得出了在车辆荷载作用下不同基层模量沥青路面内应力场的分布状态,进一步揭示了基层模量对路面车辙、剪应力及疲劳寿命的影响规律.基层模量过大会加大面层车辙的深度,使面层底部拉应力加大,从而降低路面的疲劳寿命,但是基层模量过小又不能形成足够的强度.综合分析认为,半刚性基层模量在1 200～1 600 MPa范围内是比较合理的.     

移动荷载作用下长大纵坡沥青路面力学响应分析

为了研究结构层参数对长大纵坡沥青路面结构力学性能和路用性能的影响作用,采用有限元软件建立了移动荷载模型及长大纵坡沥青路面结构三维有限冗模型,分析了移动荷载作用下,面层、基层竖向压应力、最大剪应力、层底拉应力随各结构层厚度、模量及结构层组合的变化规律。结果表明：面层模量的增加在提高路面抗车辙性能的同时会降低其抗疲劳开裂性能;增大基层模量可以提高面层抗疲劳性能,但同时增加了基层层底拉应力,降低了基层抗疲劳性能;对于刚度较大的半刚性基层,面层厚度取低值可以增强长大纵坡沥青路面的抗车辙性能,基层厚度对于路面结构抗车辙性能影响较小;面层与基层模量比值在0．8～1．1范围内变化时,对长大纵坡沥青路面结构受力较为有利。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。