沥青路面轴载抗滑等效换算方法

采用与我国路面结构设计时轴载等效换算类似的方法,按照抗滑指标衰减量等效的原则建立了沥青路面轴载抗滑等效换算公式,并提出了轴数系数和轮组系数的确定方法;基于轴载抗滑等效换算公式,提出了沥青路面抗滑寿命预测方法;以某高速公路为算例,开展不同轮压下SMA16的抗滑性能衰变试验,并借鉴沥青混合料疲劳方程的获得方法,建立了SMA16基于BPN值的抗滑疲劳方程,以此为基础,应用所提出的抗滑性能预测方法预测了该高速公路路面的抗滑寿命。结果表明,该轴载抗滑等效换算方法用于高速公路沥青路面抗滑性能分析是可行的。     

环境温度变化对沥青路面轴载换算的影响

在不同的环境温度下,沥青路面车辆轴载换算指数是不同的,而非现行沥青路面设计规范中采用的定值4.35.在总结国内外研究成果的基础上,从沥青混合料的粘弹性力学性质入手,利用沥青劲度模量确定沥青混合料劲度模量,选用材料动模量,利用Bisar软件计算出半刚性基层沥青路面在不同温度下的荷载反应,分析拟合出半刚性基层沥青路面关于温度的轴载换算公式.考虑温度对轴载换算的影响,使轴载换算更加准确.     

水-温-荷载耦合作用下沥青路面疲劳寿命预估

为精准预测沥青路面的疲劳使用寿命,基于累积疲劳损伤理论,提出路面结构内水、温度以及轴载分布耦合作用下沥青混合料疲劳寿命预测方法。通过间接拉伸疲劳试验确定路面结构下面层沥青混合料在冻融和未冻融两种条件下应变疲劳方程。依托十堰—天水高速试验段,计算设计年限内9种不同温度和10种不同轴载(共计90种)条件下设计轴载的作用次数,同时结合路面结构层底拉应变计算程序进行计算,进而得到更加精确的拉应变。基于疲劳累积损伤理论,计算沥青路面经过冻融和未冻融条件下的疲劳累积损伤,进而得到沥青路面在无水和有水影响下的疲劳寿命。研究结果表明:十天高速公路沥青路面在受水影响和不受水影响下疲劳寿命分别为8.56年和12.12年,相较于设计寿命分别降低了19.2%和42.9%,为沥青路面在结构设计中考虑水、温度以及车辆荷载影响因素提供了可靠依据。     

基于弯沉及疲劳等效的橡胶颗粒沥青混合料轴载换算研究

将橡胶颗粒作为部分骨料加入沥青混合料中不仅能够减少沥青用量,同时由于其自身低强度和高回弹等特性,还可以有效改善路面的噪声、抗变形能力、耐水性、抗飞散剥落及高温稳定等性能。基于此并考虑现今中国各地车流量大,重载车辆多的特点,以及规范设计弯沉指标不适用于轴载130kN以上车辆等情况,该文提出疲劳指标作为补充指标进行等效轴载换算研究。结果表明:橡胶颗粒沥青混合料的弯沉等效轴载换算指数明显低于普通沥青混合料,建议轴载130kN以下利用弯沉等效进行轴载换算,指数取值为4.2。改进的PS-N威布尔分布模型50%保证率下的预估方程更符合路面疲劳发展规律,建议轴载在130kN以上采用疲劳等效进行轴载换算,指数取值为4.5。     

层间剪应力等效轴载换算方法

为了完善现有轴载换算方法,减少沥青路面层间推移破坏的发生,首先采用有限元方法研究沥青路面层间受力状态,分析层间剪应力分布规律,为以层间剪应力为指标的轴载等效换算公式的建立提供基础资料;然后遵循轴载换算基本原则,确定了层间剪应力比系数b=0.742 7,结合前期研究建立的环氧乳化沥青黏层疲劳方程,确定了材料疲劳性能系数c=0.192,最终建立了以层间剪应力为指标的轴载等效换算公式,其中轴载换算指数n=3.9。     

钢桥面铺装轴载换算研究

归纳总结钢桥面铺装的主要破坏形式,是钢桥面铺装研究的基础和关键。在此基础上提出轴载换算指标．利用有限元软件及SMA混合料和浇注式沥青混合料疲劳方程,推导了2种沥青混合料的轴载换算公式(对于SMA沥青混合料．其换算系数为4．72;对于浇注式沥青混合料．其换算系数为4．54)。为方便使用及结构安全起见,换算系数统一取为4．72。     

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

基于层间剪切疲劳等效的沥青路面轴载换算研究

层间剪切疲劳是沥青路面主要破坏形式之一,针对现有的沥青路面设计方法对层间剪切疲劳问题涉及较少,依照沥青路面轴载换算思想,通过选取三种不同沥青路面结构形式,采用BISAR程序计算得出路面结构层间剪应力,回归分析了荷载换算指数,并结合层间剪切疲劳方程,计算得出基于层间剪切疲劳等效的沥青路面轴载换算指数。结果表明:对于相同路面结构,在轴载相同条件下,胎压对层间剪应力影响较小;选取的半刚性基层、柔性基层和混合基层三种沥青路面结构,层间剪应力轴载换算指数比较接近,且大于现行沥青路面弯沉轴载换算指数。     

基于实测轴载谱的沥青路面轴载换算系数细化研究

为了应对货运车辆重载化和路面结构组合多样化对沥青路面结构设计的影响,如何得到较为准确的轴载换算系数显得尤为重要.采用动态称重系统(WIM),收集了3个监测断面的交通流数据,通过轴载谱分析,得到了监测断面的载重率远大于规范标准值.以实测轴载数据为基础,将轴载研究范围扩大至500 kN.以新规范中4项设计指标取代旧规范中的2项指标,通过有限元软件An-sys对不同基层路面结构相应的轴载换算系数进行了细化研究,并采用Origin对相关数据进行拟合.结果表明基于沥青混合料层疲劳等效的轴载换算系数,对半刚性基层和刚性基层路面,宜采用与轴载大小相关的线性函数;对沥青层永久变形量的轴载换算系数,上面层宜取3.0,中面层宜取3.5,下面层取宜4.0.      

应用线弹性疲劳损伤理论的沥青路面轴载换算

应用疲劳损伤力学基本原理,探讨了适用于沥青路面轴载换算的新方法,并对该方法拟合的公式与规范按弯沉等效推荐的当量轴载换算公式进行了比较。计算结果表明在进行沥青路面轴载换算时,采用不同的等效换算原理,将导致非标准轴载与标准轴载当量换算系数上的不同,前者较后者大。这种差异一方面直接影响沥青路面的结构厚度设计,对设计年限内累计当量标准轴载作用次数的低估,必然导致沥青路面早期破损现象的发生;另一方面揭示弯沉等效表征的是路面结构的瞬间刚度性质,代替不了路面结构的长期疲劳强度特性。     

基于统计损伤理论的沥青路面疲劳失效过程分析

基于应变等价性假设,并结合统计损伤理论,建立了模拟沥青路面在载荷下变形过程的损伤本构模型。其次,在该本构模型的基础上,分析了路面变形过程中强度退化特性及疲劳失效条件,并进一步推导了在疲劳载荷下路面材料失效的判据,最后,通过分析表明本文方法的合理性与可行性。     

全厚式长寿命沥青路面设计研究

为了研究沥青混合料疲劳极限理论在全厚式长寿命沥青路面设计中的应用．该文通过对传统的力学经验设计法和全厚式长寿命沥青路面设计法的分析比较,结果表明当基层层底拉应变小于疲劳极限时,不会出现疲劳破坏。为确保路面结构的整体完整性,提出将基层层底拉应变和路基顶部压应变作为全厚式长寿命沥青路面的设计指标。通过建立有限元模型,对路面结构力学响应进行分析,兼顾安全性和经济性的要求,比选出较为合理的路面结构组合设计方案。     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

不同渗流形态下沥青路面结构动力响应分析

为了研究荷载-渗流耦合作用下不同渗流形态对沥青路面结构各力学场量响应的影响，进一步揭示沥青路面水损害机理，在高水压沥青混合料渗透试验的基础上，采用非线性有限元方法，模拟分析碗形分布动荷载下Forchheimer非线性渗流和达西线性渗流时饱水沥青路面内部各力学场量的变化。渗透试验结果表明：在较高水力梯度下渗流流速-水力梯度关系呈现出非线性特征，不再适用达西定律，而需应用Forchheimer非线性渗流定律描述。数值模拟分析结果表明：2种渗流形态时沥青路面结构内部各力学场量均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性，且孔隙水压力均随着半正弦波型荷载的变化而呈正相关关系；与达西渗流时计算结果相比，非线性渗流时上面层内正孔隙水压力的峰值高49%，沥青面层内水平方向的拉应力、压应力、拉应变的峰值分别高16%、105%、15%，且在路表产生竖向拉应力，孔隙水压力也远高于现场实测值；2种渗流形态时均在上基层底部产生竖向拉应力，在沥青路面内产生的剪应力差别很小。因此，在车轮动荷载作用下，饱水沥青路面内部形成超高孔隙水压力和高流速的非线性渗流，会产生比线性渗流更为严重的水损害，以往基于达西定律的饱水沥青路面动态响应分析低估了车轮动荷载对沥青路面水损害的影响程度。     

视觉干预延长沥青路面使用寿命的方法与效果

为改变沥青路面车辆轮迹的分布规律,使沥青路面承受荷载趋于均匀,提出了视觉干预方法及其适用条件,根据上三高速公路的观测结果,基于Miner疲劳累积损伤准则,计算分析了视觉干预的效果,结果表明,采用该方法可延长沥青路面使用寿命17％。     

冷再生混合料疲劳性能研究

采用小梁试件进行三分点加载弯曲疲劳试验,研究了不同应变水平、不同再生料（Recycled Asphalt Pavement简称RAP）掺量下沥青路面冷再生混合料的抗疲劳性能,揭示了冷再生混合料的疲劳变化规律,同时建立了疲劳方程。研究结果表明随着RAP掺量增加冷再生混合料的疲劳寿命提高,再生混合料的疲劳敏感程度降低;同一应变水平下泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命大于乳化沥青冷再生混合料的疲劳寿命。     

基于损伤-断裂力学的钢桥面铺装体系疲劳特性研究

基于损伤，断裂力学的方法就钢桥面沥青混合料铺装体系在循环荷栽作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行理论分析。采用粘弹性损伤模型的能量转换方法对钢桥面沥青混合料层应力场、应变场及损伤场分布状况和演变规律进行研究，同时，建立了结构的疲劳寿命理论预测公式。最后。通过南京长江第二大桥钢桥面铺装体系疲劳实例分析，验证了预测公式的合理性，并与其他预测方法的结果进行了比较。     

基于材料非线性的沥青路面结构当量力学分析方法

针对目前沥青路面结构分析中存在的线弹性层状体系假设无法描述材料非线性特性以及结构层模量取值不合理等问题,为了寻找更加符合路面结构非线性服役行为的沥青路面结构分析方法,将材料非线性与层状体系相结合,研究3种典型路面材料模量依赖模型,建立材料模量与结构模量跨越的联系机制,提出了一种基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法,并通过足尺环道实测应变结果对方法的可靠性进行了验证。研究结果表明：基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法,其计算结果与足尺环道实测结果之间具有良好的相关性,方法可靠、合理,可以作为沥青路面非线性分析的一种计算手段;基于材料非线性原理构建的沥青混合料、半刚性材料和路基土的模量依赖模型,可以用于表征路面结构计算中的材料非线性特性;采用Mises等效应力可作为室内单一应力状态和现场复杂应力状态的联系机制,以协调室内试验模式和现场实际受力状态;当路面结构形式、荷载与环境条件确定时,路面结构的力学响应具有唯一性。所提出的当量计算方法一方面获得了一种确定路面材料回弹模量取值的有效技术途径,另一方面改进了沥青路面结构力学分析的合理性和可靠性,在非线性沥青路面分析理论和计算方法等方面具有一定的学术意义和应用价值。     

损伤程度对沥青混合料损伤-愈合行为的影响研究

沥青混合料具有自愈合能力，而目前沥青混合料损伤愈合行为的作用机制仍不明确。因此，本文对多因素条件下的沥青混合料自愈合特性进行了研究，从而有助于确定有效的沥青路面养护策略。基于四点弯曲疲劳试验，对不同损伤程度的沥青混合料自愈合进程进行对比分析。结果表明：愈合时间和愈合温度对不同损伤程度的沥青混合料自愈合能力具有积极作用，而低温条件对沥青混合料的自愈合性能具有较大不利影响。给定足够的愈合时间及愈合温度，100%湿度条件对沥青混合料自愈合能力影响显著，将使沥青混合料自愈合效率降低至15%-45%左右。损伤程度的增大对沥青混合料自愈合能力的削弱作用显著。损伤程度过大时，部分微裂纹相互贯通扩展为宏观裂纹，超过裂纹自愈合的临界宽度，导致无法愈合。此时，需借助其他增强愈合性能的手段进行外界干预，从而提高沥青混合料的自愈合效率，进而一定程度恢复路面的服役性能。     

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。