层间接触状态对温度及荷载应力的影响研究

层间接触状态是影响半刚性基层沥青路面受力特性及损坏状况的重要因素。为分析面层内及面层与基层间设置应力吸收层时,温度及车辆荷载作用下,应力吸收层与结构层间粘结状况对路面结构内应力分布的影响,将应力吸收层模拟为正交各向异性中的横观各向同性材料。研究表明,可以通过设置应力吸收层不同参数而模拟层间不同接触状态;同时温度荷载作用下,设置应力吸收层时,若层间接触状态由连续变为光滑,则沥青面层内温度应力最大值由于新的应力释放方式的出现而减小。交通荷载作用下,当基层-面层间接触状态由连续变为滑动时,面层底面的受力状态由受压变为受拉,因此为减少路面开裂,结构层间应选择合适的接触状态,从而取得二者的平衡。     

基于有限元方法的应力吸收层延缓反射裂缝分析

半刚性材料目前占到我国各等级公路路面基层材料用量的95%以上,半刚性基层沥青路面虽然具有板体强、抗冻性好等诸多优点,但是容易出现反射裂缝。国内外对半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治包括增加沥青面层厚度、在基层与面层之间增加级配碎石层或应力吸收中间夹层等多种方式。这些措施的侧重各有不同,综合利用多种防裂措施与方法可以达到最佳的防裂措施。力图通过三维有限元建模分析,分别考虑层间连续和层间光滑两种状态,施加正荷载和偏荷载,用以分析典型路面结构中路面厚度对面层底部受力状态的影响,得出单纯增加路面厚度并非最佳防裂手段,并论证了保持良好层间粘结对与延缓反射裂缝的重要意义。并通过荷载作用下加铺应力吸收层的路面结构的力学分析,提出了合理的应力吸收层厚度和模量,指出应力吸收层与半刚性基层粘结良好的重要性。     

基于有限元方法的应力吸收层延缓反射裂缝分析

半刚性材料目前占到我国各等级公路路面基层材料用量的95%以上,半刚性基层沥青路面虽然具有板体强、抗冻性好等诸多优点,但是容易出现反射裂缝.国内外对半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治包括增加沥青面层厚度、在基层与面层之间增加级配碎石层或应力吸收中间夹层等多种方式.这些措施的侧重各有不同,综合利用多种防裂措施与方法可以达到最佳的防裂措施.力图通过三维有限元建模分析,分别考虑层间连续和层间光滑两种状态,施加正荷载和偏荷载,用以分析典型路面结构中路面厚度对面层底部受力状态的影响,得出单纯增加路面厚度并非最佳防裂手段,并论证了保持良好层间粘结对与延缓反射裂缝的重要意义.并通过荷载作用下加铺应力吸收层的路面结构的力学分析,提出了合理的应力吸收层厚度和模量,指出应力吸收层与半刚性基层粘结良好的重要性.     

移动荷载作用下组合式沥青路面结构受力特性分析

基于Abaqus有限元软件进行二次开发,建立了移动荷载作用下组合式沥青路面结构三维有限元模型,分析了不同行车速度下组合式沥青路面结构力学影响规律;结合正交试验,对路面结构层厚度进行了敏感性分析。结果表明:面层层底拉应变、底基层层底拉应力随行车速度的增大而减小,且行车速度越慢,路面结构所经历的力学响应波动循环越多、持续时间越长,对路面结构受力越不利;可采用增加面层厚度的方式提高组合式沥青路面结构抵抗疲劳开裂、永久变形和反射裂缝的能力,并尽量将运行车速控制在60 km/h以上;在组合式沥青路面结构设计时,应注意提高面层上部和中部的抗剪性能,同时加强各沥青结构层间的黏结。     

基于现场实测数据的高速公路裂缝形态特征及开裂模式研究

为了分析半刚性基层沥青路面横向裂缝开裂模式,依托江苏多条省管高速公路,采用钻芯取样和逐层铣刨分层观测方法,调查了横向裂缝的分层形态特征和贯穿程度,统计了面层和基层裂缝宽度细部特征,明确了横向裂缝主要开裂模式,研究了横向裂缝沿路面深度的分布特征,分析了横向裂缝开裂成因。结果表明:半刚性基层裂缝上部和下部平均宽度分别为0. 96 mm和1. 16 mm,呈现下面较宽、上面较窄的细部特征,而沥青面层裂缝上部和下部平均宽度分别为1. 20 mm和0. 99 mm,呈现上面较宽、下面较窄的细部特征;半刚性基层裂缝基本处于完全贯穿状态,沥青面层裂缝处于顶部部分开裂或完全贯穿状态;横向裂缝开裂模式可分为4种,即上下发展-中间无裂缝型、上下发展-中间裂缝局部贯穿型、完全贯穿型、自上而下型,其中上下发展型开裂模式占比约80%,而自上而下型仅占6%。基层开裂位置对应面层位置均出现开裂,但面层裂缝扩展方向为顶部到底部,而非传统认为的底部到顶部,即当半刚性基层开裂后,直接反射到路表,路表裂纹再往下扩展直至开裂,这主要是因为半刚性基层刚度较大导致面层底部基本不受拉应力作用,甚至处于受压状态,且荷载剪应力从路表传递到面层底部已经衰减很大。因此横向裂缝发展初期应及时养护维修,以防裂缝向下扩展。     

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。     

关于锚头丝沥青混凝土路面的抗裂技术探究

提出了一种关于锚头加筋沥青路面结构,通过有限元软件模拟锚头丝沥青路面在温度应力场和既有反射裂缝下的强度计算,从材料选取和加筋方面对沥青混凝土路面横向裂缝和反射裂缝的扩展进行了研究。研究结果表明:采取沥青混凝土上面层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能降低基于温度应力引起的横向裂缝的产生和扩展,有效防止路面低温开裂引起的路表横向裂缝问题;采取在半刚性基层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能改善裂缝而产生的应力集中现象,有效改善面层底部的应力状态,延缓沥青路面下面层反射裂缝的产生和扩展。     

高等级公路半刚性基层沥青路面开裂的机理分析及防治

结合高等级公路半刚性基层沥青路面的开裂问题，讨论温缩裂缝和反射裂缝的成因：从面层材料、层间粘结、基层施工及养护等方面提出横缝的防治措施。     

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。     

沥青路面动力响应影响因素有限元分析

应用有限元软件Abaqus,建立了沥青路面结构动力分析三维有限元模型,应用该模型,分析了温度、层间接触和荷载等因素对沥青路面结构动力响应的影响规律。结果表明:路面结构各层动力响应受温度的影响较为显著,随着温度降低,面层模量增大,面层层底由受压状态变为受拉状态;不同层间界面的层间接触状态对路面结构各层动力响应量的影响程度不同,基层层底拉应力受基层与底基层层间接触条件的影响最为显著;路面结构各动力响应量随轴重的增加均显著提高,各动力响应量峰值与荷载幅值之间近似呈线性增长关系,不同轴型作用的多轮荷载沿深度方向的叠加效应明显。     

沥青路面的热粘弹性温度应力分析

基于沥青路面混合料的热粘弹属性,利用有限元对不同降温条件以及不同结构形式的沥青路面温度应力响应进行了分析,研究了降温速率、初始温度、降温幅度、面层厚度、基层模量和温缩系数对温度应力的影响。结果表明,当温度较高时,沥青路面的温度收缩应力的累积值非常小;初始温度与降温速度对沥青路面的温度应力影响显著;薄的沥青面层容易出现反射裂缝,厚的沥青面层则可能出现由沥青面层表面向基层裂缝发展的对应裂缝;沥青路面的基层模量不宜过大。     

重载下刚性基层沥青路面的力学响应分析

应用APBI程序,建立计算模型,采用弹性层状体系理论,对重载下刚性基层(CRCP)沥青路面的力学响应进行了分析,探讨了重载作用下刚性基层沥青路面的应力分布及其影响因素。研究结果表明:路表位于车轮外侧有数点受到垂直于行车方向的拉应力,路表最大剪应力的位置出现在轮胎边缘附近,在拉应力和剪应力的共同作用下行车带轮迹边缘附近容易出现平行于行车带自上而下的裂缝;刚性基层路面拉应力主要由刚性基层承受,随着结构层所受荷载的增加,层底拉应力显著增大;高温下车辆制动时产生的水平力对剪应力的影响很大,当紧急制动时路面最大剪应力比不考虑水平力时增大接近150%,易产生剪切破坏。     

沥青路面防水抗裂功能层缓解反射裂缝的数值分析

沥青路面的反射裂缝,主要是由半刚性基层无法避免的温缩及干缩裂缝导致应力集中过大而引起的,车辆荷载、较大的环境温差变化以及渗水导致反射裂缝道面破坏的不利因素。在半刚性基层和柔性面层之间设置防水抗裂功能层,可以有效缓解路面结构的应力集中现象,延缓反射裂缝的产生与扩展速度。采用有限元方法模拟易发反射裂缝的实际环境,对设置及未设置防水抗裂功能层的路面结构进行温度-荷载耦合力学对比分析,发现沥青路面下面层的荷载应力、温度应力以及应力强度因子都有较大幅度的降低,并且计算了防水抗裂功能层厚度、模量对路面结构应力、弯沉和强度因子的影响。结果表明：一般防水抗裂功能层的模量越小,效果更加明显;在合理范围内增加防水抗裂功能层的厚度能够更加有效地预防反射裂缝病害;适当控制基础模量可以防止反射裂缝的产生。     

基于抗裂考虑的沥青路面力学响应

为了研究沥青混凝土路面半刚性基层收缩裂缝处应力分布规律,分析应力与面层厚度之间的关系,建立了带有基层反射裂缝的有限元模型,分析了轮载作用于裂缝边缘处时路面应力分布规律,同时对不同面层厚度下裂缝位置应力分布进行研究,并得出路面厚度与裂缝位置应力大小的关系.     

考虑车辆移动效应和超载的排水基层路面结构动力分析

为了研究车辆荷载作用下排水基层路面的动力响应,同时考虑车速和轴载的影响,采用移动加载的方法,对不同工况下沥青混凝土路面进行了快速Lagrange有限差分分析.结果表明,路面弯沉并未因排水基层的低模量而增大,峰值甚至有所减小;排水基层的存在减小了底基层底部的动应力,可以抑制反射裂缝的产生;弯沉及动应力均随车速的增大而减小...     

大粒径沥青混合料基层结构抗裂机理分析

为研究大粒径沥青混合料基层的抗裂机理,采用多层弹性理论程序计算了不同结构类型路面内荷载作用产生的应力应变,基于瞬态传热假设建立了平面有限元模型,计算了降温时路面结构内的温度应力和应变,得到了荷载与温度耦合下各结构层的变形和受力特性。研究发现,当考虑车辆荷载和快速降温共同作用时,快速降温所引起的温度应力远大于标准荷载引起的荷载应力,说明快速降温的温度应力对路面的开裂起主要作用。同时,通过两种结构对比,发现采用ATB 30基层结构的沥青混凝土面层的温度和荷载应力应变均小于传统的半刚性基层沥青混凝土路面。因此认为,设置沥青稳定碎石基层是一种减少沥青混凝土路面开裂的有效方法。     

软土地基上含反射裂缝沥青道路的动力响应分析

假定车辆荷载为正弦均匀分布,软土和复合地基变形行为服从DRUCKER-PRAGER弹塑性屈服准则,基于动力学、线弹性断裂力学和弹塑性力学理论,采用平面应变有限单元法,对含反射裂缝的沥青路面结构进行了分析。为了计算应力强度因子,在裂缝尖端设置了奇异单元。分析过程中,以路表、基层底、软土地基顶最大竖向位移和I型应力强度因子作为表征参量,探讨了车辆单周期动荷载作用下,道路结构的阻尼比、复合地基的回弹模量、粘聚力、内摩擦角和厚度的改变对道路结构工作性状的影响。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

车辆荷载作用下纤维沥青路面响应分析

基于弹性理论,采用有限元方法分析车辆荷载作用下,纤维沥青混凝土的模量、不同道路等级下的纤维沥青混凝土层位置和厚度、基层厚度对路表最大弯沉、基层和底基层的层底径向应力的影响。结果表明,纤维加入到沥青路面后,提高了路面的整体变形能力,从而可以减小路面面层的厚度;基层厚度的增加,不仅缓解了由于纤维沥青混凝土面层厚度减小而产生的基层和底基层的层底径向应力的增加,而且可以减小纤维沥青混凝土的掺入量。在考虑提高路面结构的整体性以及面层和基层之间的粘结力时,给出了不同道路等级下纤维沥青路面结构的合理设计。     

荷载作用下沥青路面表面开裂的扩展

为了研究荷载作用下沥青路面表面开裂的机理,采用不规则颗粒及颗粒接触界面生成的二维算法子程序,在指定的级配类型范围内随机生成沥青路面仿真体,分别赋予级配碎石颗粒和沥青粘结体相应的材料参数,对刹车荷载作用下沥青路面开裂的细观响应进行了分析。数值模拟结果表明:表面裂纹是随机的产生、裂纹路径的扩展是非连续和跳跃式的,局部裂纹相互干涉最后形成贯通的裂缝微扩展带导致了路面的开裂损坏。模拟结果证明了开裂的非连续性。