高温重载作用下沥青路面结构力学响应分析

为研究高温重载耦合作用下沥青路面结构力学响应特点,采用ANSYS软件定量分析了高温重载交通对沥青路面路表弯沉和结构应力的影响规律。分析结果表明:1)路面弯沉与轴载呈正线性相关,高温环境中,竖向位移最大值随轴载的增加而增大;2)高温重载作用下,结构应力均有增长,面层拉应力比基层拉应力增幅更明显,但高温对压应力增幅影响不显著,常温中面层剪应力最大;高温超限100%条件下,面层压应力为常温标准轴载的2倍,面层剪应力为标准轴载的2.21倍。     

重载交通对混合式基层沥青路面结构力学响应研究

通过运用ABAQUS有限元软件建立混合式基层沥青路面结构三维模型,针对不同轴载作用下的路面结构力学响应展开模拟分析,得出以下结论:随着轴载的增加,混合式基层沥青路面结构的路表弯沉、层底拉应力、层底压应力以及面层最大剪应力均逐渐增大;在轴载作用下,路面结构的路表弯沉、压应力及沥青面层的拉应力沿路面宽度方向呈"W"型对称分布,基层拉应力则呈倒"U"型对称分布;沥青面层的最大剪应力随着路表深度增加呈先增后减变化,而路面结构的压应力则随之逐渐减小。     

沥青砼路面基层及面层模量参数分析研究

因汽车超载、超速等问题,沥青砼早期损害成为路面结构养护运营的关键。文中以一种半刚性基层沥青砼路面结构为对象,利用层状弹性体系理论建立ANSYS有限元模型,对比分析其在标准轴载作用下面层及基层模量参数变化时的应力及变形等受力性能。结果表明,随着面层模量的增大,半刚性沥青砼路面结构的竖向位移、最大应力减小,最大剪应力增大;随着基层模量的增大,半刚性沥青砼路面结构的竖向位移及最大剪应力减小,最大应力先增大后减小。     

改进的无单元Galerkin方法在沥青路面动态响应中的应用

基于改进的无单元Galerkin方法,建立了三维沥青路面弹性动力学计算模型。对路面结构在匀速移动荷载作用下的动力响应进行了分析,得到了沥青路面各层的竖向位移、应力和最大剪应力的时程曲线,并将改进的无单元Galerkin方法计算结果和有限元数值模拟结果进行了对比;同时研究了不同车速下路面应力和位移响应的变化规律。结果表明:改进的无单元Galerkin方法在路面动力响应分析中是有效的;沥青面层表面的位移、压应力及剪应力最大;基层底部的拉应力最大;较高的车速可以减小沥青路面结构内部的动力响应。     

整车多轮动载作用下沥青路面动力响应

车辆荷载作用下沥青路面各结构层受力复杂，现行公路沥青路面设计规范未能考虑车辆振动特性和橡胶轮胎非线性。为研究整车多轮动载作用下沥青路面动力响应，基于车辆动力学、橡胶材料超弹性及沥青路面黏弹性理论，构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型，与实际车-路现场测量比较验证本模型的可靠性，对比分析无路面不平度与B级路面不平度激励下，路面各结构层动力响应。结果表明：通过与实际车-路测量结果比较，沥青层底部纵向最大剪应变与实测值误差为5.889%，表明该车-路动力学模型可靠、合理；B级路面不平度激励下，后轴左单轮接地法向力为0~86.526 kN，车体法向振动加速度为-0.451~0.372 m·s^-2，后轴左悬架弹力为60.376~68.42 kN；与无路面不平度相比，后轴左单轮最大接地法向力、车体最大法向加速度、后轴左悬架最大弹力分别增加113%、402.7%、7.4%；与无路面不平度相比，沥青路面上、中、下面层纵向最大压应力分别增加18.91%、12.4%、21.1%，纵向最大拉应力分别增加3.94%、6.25%、33.3%；横向最大压应力分别增加10.43%、8.47%、9.19%，横向最大拉应力分别增加12.19%、13.08%、33.33%，且压应力数值远大于拉应力；竖向最大压应力分别增加19.1%、19.35%、20.07%，竖向最大拉应力分别增加26.93%、7.38%、6.2%，且前轮压应力大于中、后轮压应力。以上数据说明路面不平度对结构层响应影响较大，车辆振动特性及橡胶轮胎与路面非线性接触不容忽略。     

温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

泊松比取值对柔性基层沥青路面结构的受力影响

泊松比取值对于柔性基层沥青路面结构动力响应的影响是多方面的。为探讨泊松比取值对柔性基层沥青路面结构受力的影响,利用Bisar3.0软件模拟了典型柔性基层沥青路面结构的轮载动力响应,分别对路表弯沉、沥青面层层间拉应力、剪应力及土基顶面压应变进行了计算分析。结果表明:弯沉值随着沥青混合料泊松比的增大而逐渐减小;面层层底拉(压)应力对泊松比的变化较为敏感,中面层尤为明显;沥青混合料泊松比的取值大小对上面层和中面层层内剪应力影响较大,对下面层层内剪应力影响较小;土基顶面压应变随泊松比的增大而逐渐减小。路面设计中应充分考虑泊松比取值对路面结构力学特性的影响。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

级配再生沥青混合料基层与级配碎石基层路面结构力学对比分析

在标准轴载作用下,运用ANSYS软件对路面结构进行了数值模拟,分析了以级配再生RAP混合料作为柔性基层的路面结构与以相同级配的级配碎石作为柔性基层的路面结构的应力及位移情况。通过对比得出,以级配再生RAP(Recycled Asphalt Pavement)混合料作为柔性基层的路面结构比相同级配的级配碎石作为柔性基层的路面结构,可以减小最大位移,减小最大剪应力,而最大竖向应力变化不大,这对于延长路面使用年限,有很大的提高。     

路基回弹模量对沥青路面结构受力的影响

针对不同的路基回弹模量,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了路表弯沉、面层内剪应力与压应力、基层底拉应力等沥青路面结构受力参数伴随路基回弹模量变化的趋势。分析结果表明:路基回弹模量对路表弯沉和基层底拉应力影响比较大,对面层剪应力和压应力影响较小,较高的路基回弹模量可有效提高路面的结构承载力和疲劳寿命,改善路面使用性能。     

半刚性基层沥青路面交通荷载适应能力分析

根据路面状况和车辆轴载的长期检测数据,以及路面养护维修历史数据,分析了几种典型路面结构下路面破损状况、路面平整度、路面强度与累计当量轴次之间的关系。根据所得到的典型路面结构的使用性能变化规律,分别按路面破损状况、平整度、强度指标估计路面结构能够承受的交通荷载作用次数,得到了典型半刚性沥青路面结构的交通荷载适应能力。     

路面载重车辆的荷载特征

在收集了我国公路上行驶的单、双后轴整车型的载重车辆轴载资料的基础上,参考国家现行轴限规定与轮胎型号等标准,从路面结构设计的角度上对轴载、轮胎气压、接地压力、轴型参数等荷载特征参数进行了整理分析,采用统计回归方法找到了特征参数的规律和相互关系,进而提出了供路面结构设计的轴型参数:双轮间距、轮距、轴距按额定轴载进行分级的建议表,以及以后轴额定轴载和轴载实载率为自变参量的轮胎接地压力的统一回归式和回归系数,讨论了现行沥青路面结构分析中双轮中心距取3倍荷载当量圆半径宜根据额定轴载和轴载实载率确定适用范围。此研究结果为提高路面结构分析精度提供了可靠的荷载特征参数依据。     

重载作用下典型路面结构动态响应数据采集与分析

通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律。研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应。     

不同路面结构的重载敏感性分析

我国主要的路面结构为半刚性基层沥青混路面、水泥混凝土路面及柔性基层沥青路面,不同的路面结构在荷载的作用下表现出不同的力学特性。本文通过非线性力学分析,探讨了路面结构在重载作用下的非线性特性,得出了考虑重载条件的沥青路面轴载换算方法。结合路面结构轴载状况的调查及新的轴载换算方法,分析了不同路面结构对重载的敏感性。     

基于直道足尺车辙试验的沥青路面重载轴载换算方法研究

车辙现已成为沥青路面一个严重问题,车辙也将发展成为沥青路面设计指标之一,故需建立起与其相对应的轴载换算公式。通过对3种典型的沥青路面结构进行直线式加速加载足尺试验,对不同重载作用下路面车辙随荷载作用次数的变化关系进行分析,得到了车辙预估方程,进而用等形变法建立了基于路面车辙等效的重载轴载换算公式。实验证明,利用该这个公式,再通过车辙预估方程计算的车辙与直道实测车辙数据拟合情况较好。     

重载沥青路面结构力学性能计算机模拟分析

沥青路面结构在重轴载车辆荷载作用下，早期损坏现象严重。文章利用大型有限元程序ABAQUS，对承受重轴载车辆荷载作用的典型路面结构力学性能进行计算机模拟分析，为特重车辆作用下承载能力较强的沥青路面设计提供基础资料。     

柔性基层沥青路面轴载换算方法研究

文中结合重载交通实际状况和柔性基层沥青路面的普遍结构形式,考虑柔性基层沥青路面材料的非线性,采用粘弹性有限元法分析重载交通对柔性基层沥青路面路表弯沉的影响,提出了轴载换算指标,得到了柔性基层沥青路面的轴载换算公式。结果表明:柔性基层沥青路面对于重载交通的轴载敏感性小于半刚性基层路面,更能适应我国公路运输中超载超限问题突出的现状。     

轴载、轮胎内压与轴载换算的研究

通过不同路面强度状态、不同轴载和不同轮胎压力下轮胎与路面接触压力和弯沉的测定,对以弯沉为指标的轴载公式的理论推导过程进行分析和试验验证,对轴载换算公式推导过程中存在的问题进行讨论。试验验证结果表明,轴载的增加对路面结构造成的损坏比轮胎压力的增加要严重的多。     

水泥混凝土路面下路基工作区深度确定方法的探讨

通过讨论原路基工作区深度确定方法的局限性及应用于水泥混凝土路面时的不合理之处,提出以荷载作用于水泥混凝土面板不同荷位时的路基应力比（板角、板边时的路基应力与板中时的比值）作为水泥混凝土路面下路基工作区深度的控制指标。采用有限元方法,讨论了路基应力扩散特征和工作区深度,给出了路基深度0.8m处的应力比取值范围。结果表明：不同轴型（单轴、双轴和三轴）及不同公路等级的路基工作区深度变化在0.65～1.55m之间,原0.8m的路基工作区深度已不能完全满足现在路面结构和轴荷条件下的情况。在综合考虑轴荷、路面结构和公路等级基础上,推荐了路基工作区深度值。     

半刚性基层沥青混凝土路面养护技术研究

以高速公路沥青混凝土路面结构，材料和轴载分布特性分析为基础，从养护需求角度分析了现有路面检测技术存在的问题及其解决对策，研制高速公路沥青混凝土路面养护的基本技术要求和技术对策。