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。     

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。     

结构参数对倒装式沥青路面力学响应影响分析

采用Bisar软件建立路面结构计算弹性层状体系模型,通过改变级配碎石（水稳）基层的厚度和模量,对倒装式沥青路面力学响应进行分析,揭示了级配碎石（水稳）基层的厚度和模量变化对沥青路面弯沉、沥青面层层底拉应力和水稳基层层底拉应力等路面力学响应的影响规律;结合正交试验,提出在基层结构参数中沥青路面弯沉主要受级配碎石基层模量和水稳基层厚度的影响,沥青面层层底拉应力基本不受基层厚度和模量的影响,因而应考虑面层与基层间的粘结情况,水稳基层层底拉应力主要受水稳基层厚度的影响。     

多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

重载交通半刚性基层条件下沥青面层的力学响应研究

为研究重载条件下半刚性基层沥青面层的结构力学响应,运用ABAQUS有限元软件计算半刚性基层沥青路面的弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力,分析轴重、基层模量及厚度对力学响应的影响规律,并通过多因素方差分析研究各因素的影响敏感性。结果表明:轴重对弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力的影响最明显,基层厚度次之,基层模量的影响最小。     

就地冷再生路面结构分析

总结分析了国内外冷再生路面结构设计方法,对路表弯沉及冷再生层底拉应力关键设计参数进行分析。分析得出:设计时,严格控制不同层位当量回弹模量取值、材料模量比等指标。在再生层厚度方面,沥青面层厚度一定时,原路强度越大,弯沉和层底拉应力受再生层厚度影响越小。当强度相同时,再生层厚度每增加5cm,层底拉应力减少0.01～0.05MPa。强度越大,层底拉应力减少越不明显。当旧路强度和面层厚度不变时,再生层厚度越大,弯沉和层底拉应力越小,弯沉降低5～10(0.01mm),层底拉应力降低0.17～0.2MPa。旧路强度和再生层厚度一定时,层底拉应力在0.02～0.07MPa较小范围内变化。     

不同层间连续状态下沥青路面力学响应

利用ANSYS有限元软件对半刚性基层沥青路面建立三维有限元模型,研究沥青层与基层层间不完全连续状态对沥青路面力学响应的影响,并在层间不连续下研究沥青层及基层参数的变化对力学响应的影响,并基于此对半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。研究表明:沥青层模量每增加200MPa,沥青层拉应变减小12.07%;基层模量每增加400MPa,基层层底拉应力增加13.95%;建议在半刚性基层厚度在32cm以上取值,基层模量控制在3700MPa以下。     

面层模量对沥青路面结构受力特性影响分析

面层模量是沥青路面结构设计的重要参数。为分析面层模量对沥青路面结构受力特性的影响,采用有限元软件计算各面层模量变化、模量比对典型半刚性基层沥青路面结构层底拉应变、面层内部剪应力、基层层底拉应力和土基顶压应变等力学特性的影响。分析结果表明:各面层模量对沥青路面结构的受力有显著影响,路面结构设计时应综合考虑选择各面层模量及面层之间模量比。     

设级配碎石过渡层沥青路面的非线性力学响应分析

为了明确设级配碎石过渡层沥青路面的结构层位功能,对其进行了非线性力学响应分析,结果表明:面层厚度增大,基层层底拉应力和过渡层剪应力减小;过渡层厚度增大,面层剪应力、层底拉应力和过渡层剪应力略有增大,但基层层底拉应力明显减小;基层厚度增加,面层剪应力、层底拉应力和过渡层剪应力增加,基层层底拉应力明显减小。     

面层模量对重载交通沥青路面受力特性及使用寿命的影响分析

面层模量是路面设计的重要力学参数,它的取值将直接影响到路面结构的设计结果及受力特性。应用路面计算程序,系统分析面层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力以及路面结构疲劳寿命的影响,并阐述其影响规律。结果表明,面层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性及使用寿命具有显著的影响,提高面层模量值将增大面层应力,显著减小路表弯沉值、基层及底基层层底拉应力,进而提高路面的疲劳寿命。     

水泥稳定土路床对路面结构的影响分析

依托某在建高速公路典型路段水泥稳定土路床,通过现场检测和理论计算,分析路床采用水泥稳定处治后对路基回弹模量和路基路面结构性能的影响。结果表明:路床采用水泥稳定处治后,路基顶面弯沉代表值在80～100（0.01 mm）范围,随着路基模量的逐渐增加,沥青混合料层层底最大拉应变增大,基层和底基层的层底最大拉应力减小,路面结构的疲劳寿命增加。建议水泥稳定土路床路基回弹模量取值范围为120～180 MPa。     

沥青稳定基层模量对路面结构受力的影响

为优化路面结构,针对不同的沥青稳定基层模量以及不同的结构层厚度等的路面结构组合,应用理论方法对沥青路面结构进行计算,分析了不同因素对沥青稳定基层的层底拉应变、土基顶压应变、表面剪应力等的影响,结果表明:增加基层模量有利于降低基层底和土基顶的应变,较厚的沥青稳定碎石基层并不会增加车辙的危险性,增加底基层厚度能降低基层层底拉应变和表面弯沉,增加土基模量能减小表面弯沉。结果为柔性基层路面的设计、施工提供参考依据。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力分析

目前旧水泥混凝土路面的改造工程中,采用沥青加铺层是比较常见的方案,并在其间设置应力吸收层来控制反射裂缝。利用BISAR30程序分析了应力吸收层厚度和模量变化,对旧水泥混凝土路面非接缝和非裂缝区沥青加铺层结构应力的影响。计算结果表明:随着应力吸收层厚度的增加,沥青加铺层的路表弯沉和层底拉应力也不断地增加,并使路面内部的拉应力和剪应力均有不同程度的增大,且随着应力吸收层模量的增大,沥青加铺层内部的路表弯沉和层底拉应力及路面内部应力和剪应力均有不同程度的减小。     

基层模量对沥青路面力学性能的影响分析

沥青路面的基层材料种类繁多，模量变化范围很大，而基层模量对路面结构力学有重要的影响。选取3种典型的路面结构，选用4种实测轮胎接地荷载，建立三维有限元路面结构模型，分析基层模量变化时的力学响应。结果显示，基层模量的增加对路面使用寿命有2种不同的影响趋势，一方面可以减少沥青层层底弯拉应变，从而增加沥青路面的疲劳寿命；另一方面，表面层最大剪应力呈明显的增大趋势，容易产生路表面局部早期损坏。在此基础上，给出基层模量的合理范围建议值。最后，提出增加一个抗剪指标以控制基层的模量。     

沥青混凝土路面结构组合力学分析

沥青混凝土路面面层厚度和基层模量是路面结构设计中的重要参数。采用3种典型路面结构,分析基层模量变化时的面层最大剪应力和层底弯拉应变的变化趋势。结果表明,增加沥青混凝土层厚度和增大基层模量能减小层底弯拉应变,有利于获得更长的结构疲劳寿命。同时,基层模量增大使面层剪应力增大。为此,在原有的层底弯拉应变和基顶压应变指标的基础上,提出增加抗剪指标以控制基层模量在合理范围内,防止出现过早的局部损坏。最后,提出了长寿命沥青混凝土路面组合设计的建议。     

沥青稳定基层沥青混凝土路面抗剪性能的理论分析

沥青稳定基层沥青混凝土路面是否会出现严重车辙,为人们所担忧。理论计算分析表明,在静力荷载作用下沥青层中最大剪应力发生在深度8 cm处,且随着基层厚度的增加剪应力降低,故采用沥青稳定柔性基层不会产生结构性车辙;当基层模量增大时,沥青层中下层剪应力反而增大;沥青混凝土面层采用高模量材料能有效降低剪切应变,而当采用复合基层时也有利于面层剪应力的减小。     

钢桥面铺装层弹性模量与铺装层厚度对铺装体系受力影响分析

采用美国环氧沥青、日本环氧沥青两种钢桥面铺装材料在不同厚度下分析铺装层受力变形规律。推导出铺装层最大拉应力、剪应力与弹性模量、铺装层厚度的数学模型。结果表明：铺装层最大拉应力、剪应力同铺装层弹性模量均可用多项式4次方程拟合,铺装层表面横向最大拉应力随着铺装层厚度的增加而减小,横向最大层间剪应力不随铺装层厚度增加而减小,而是在铺装层厚度处在40～50 mm之间有一个峰值,而后随厚度的增加而逐渐减小。