考虑水平荷载的公路隧道复合式路面表面拉应力分析

针对目前隧道复合式沥青路面表面出现受拉破坏的现象,为了揭示沥青层表面破坏的力学机理,运用三维有限元方法建立隧道复合式路面结构与荷载模型,分析垂直荷载与水平荷载综合作用下沥青层表面的拉应力,得出了影响沥青层表面拉应力的影响因素。并据此提出延长隧道复合式路面使用寿命的措施。     

考虑水平作用力的沥青路面剪切破坏分析

通过有限元法分析了路面结构在垂直荷载作用下和垂直、水平荷载共同作用下的面层剪应力分布规律。结果表明,横向力分布系数影响剪应力随深度的分布规律;最大剪应力随横向力系数的增大而增大,两者呈线性关系;考虑水平力作用时,沥青面层的剪应力增大且峰值上移,易造成沥青路面发生车辙、推移、拥抱破坏,有必要将水平作用力纳入结构设计指标体系。     

基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想

为了建立科学的耐久性沥青路面设计新思想,通过力学分析探究了沥青路面近表面的应力分布特征,论证了以路表荷载作用区边缘作为沥青路面破坏源的合理性。针对中国现行沥青路面疲劳设计方法的缺陷,开展了沥青混合料疲劳试验,在考虑加载速度影响的基础上,建立了以真实应力比表征的沥青混合料疲劳方程。结合中国沥青路面各结构层设计寿命相等所诱发的问题以及实际沥青路面结构的破坏特征,提出了各结构层自上而下设计寿命递增的沥青路面结构设计新思想和耐久性沥青路面结构设计新理念。结果表明:沥青面层近表面是其真正的破坏源;基于真实应力比的疲劳方程反映了材料的本质特征;耐久性沥青路面的各结构层应采用疲劳寿命递增的方法进行设计。     

基于三维有限元混合料均匀性对沥青路面力学反应影响研究

基于ABAQUS有限元软件建立三维沥青路面模型,通过计算两种典型沥青路面的不同结构层混合料发生不均匀性时,在行车荷载作用下各层层底的应力、应变和位移量,研究沥青混合料均匀性对沥青路面力学反应的影响。结果表明:沥青混合料均匀性影响路面力学反应参数;相同的行车荷载和环境因素下,柔性基层沥青路面的位移量比半刚性基层沥青路面的位移量大;沥青路面中拉应力几乎总是出现在路表面和基层层底,且出现在半刚性基层沥青路表面的拉应力一般比柔性基层沥青路表面的拉应力大。     

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。     

移动荷载作用下半刚性基层沥青路面动响应分析

在我国公路体系中,沥青路面占到95%以上。随着交通量、承载量的日益增加,沥青路面长期承受车辆荷载的重复作用,其路面结构将产生裂缝、车辙、坑槽等病害,严重影响路用性能和使用寿命。因此,研究沥青路面结构在移动荷载作用下的力学行为,分析破坏特征及破坏机理,对预防和治理路面破坏具有重要的指导意义和应用价值。本文利用ABAQUS有限元软件建立了半刚性基层沥青路面的三维模型,分析了移动荷载作用下路面结构的动力响应。研究表明,在移动荷载作用下,路面结构各层的应力应变均呈现波动性和瞬时性特征。     

结构参数的变化对沥青路面应力、位移分布规律的影响

本文应用弹性理论分析了高等级公路沥青路面结构层在双圆垂直均布荷载作用下的应力、位移分布规律，探讨了路面结构在常温状态下，结构参数的变化对沥青路面应力、位移分布规律的影响，为合理控制选择路面结构参数，作好路面结构组合设计工作奠定基础。     

基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析

为了研究在水-荷载耦合作用下沥青混合料试件的压缩疲劳破坏过程及其沥青路面结构的动力响应,借助CT扫描技术和图像处理技术,进行了无水和饱水沥青混合料的宏观和微观破坏初步对比分析,定量分析了破坏前后沥青、集料和空隙的变化情况.根据多孔介质理论,对广西典型半刚性沥青路面结构进行了ABAQUS建模和FLAC-3D的计算,分析了无水和饱水两种情况下的力学响应差异.结果表明:沥青混合料试件从无水向饱水转化时,破坏模式从压裂转变为剪切破坏模式;在行车荷载作用下,饱水沥青路面与其无水情况下力学响应特性的不同主要集中在沥青面层深度范围内;相对于无水情况,饱水情况荷载效应作用时间将会成倍增加,且沥青面层拉应力出现激增,使沥青路面更容易产生结构性损坏;饱水情况下的沥青路面层底产生较大的先压后拉的横向应变,导致沥青路面过早产生疲劳开裂.     

制动力对沥青路面纵向应力及变形的影响分析

利用ABAQUS有限元软件建立半刚性基层沥青路面三维模型,对路面施加垂直荷载和制动力荷载,比较路面结构在不同车辆制动力作用下的纵向受力和变形,分析制动力变化对路面结构纵向受力和变形的影响,得出在制动力荷载较大路段,沥青面层推移和波浪等破坏是沥青路面设计中应重点考虑的问题。     

斜坡路基沥青路面结构动力响应分析

斜坡地段公路的主要破坏形式是斜坡路基的稳定和沥青路面的纵向开裂。斜坡路基沥青路面的力学行为因其特殊的结构形式有其显著特点。现场调查表明轮载动力作用直接影响斜坡路基稳定及上承路面结构的响应。采用有限元软件ABAQUS建立了斜坡路基路面动力计算模型,分析了车辆荷载作用下斜坡路基动应力、路表弯沉以及基层层底拉应力的变化规律,重点研究了车辆轴载、行车速度、面层刚度、面层厚度、基层刚度、基层厚度、路基模量等外加荷载状态、路面层状组合与材料力学性能方面的参数对斜坡路基沥青路面结构动力响应的影响。分析认为斜坡路基填筑质量、基层厚度和动力作用对路面响应具有重要影响,设计、施工和管理中必需采取有针对性的措施以防止路面的早期破坏并保证路面的长期使用性能。     

基于黏弹模型的交叉口路面力学响应分析

为研究交叉口路面在重载和水平荷载作用下的力学响应,考虑沥青混合料在高温时的黏弹特性,建立基于广义Maxwell的黏弹力学模型,探究温度、水平荷载、竖直荷载对路面最大剪应力的影响。文中基于SMA-13、AC-16、AC-20沥青混合料动态模量的试验数据,对黏弹有限元模型的参数进行标定,建立5项Prony级数的力学模型,对交叉口路面力学响应进行了分析。结果表明,最大剪应力峰值出现在路面的上中面层;在水平制动力影响下,路面最大剪应力的最不利荷载点位于荷载圆沿道路纵向的最前方,建议可在城市道路设计时增加最大剪应力控制点;路面的上、中面层对温度的变化更敏感。     

公路隧道沥青路面结构的力学性能研究

应用三维有限元方法,对双轮垂直荷载和由于车辆加减速引起的水平荷载共同作用下沥青层应力响应进行分析,并对不同双轮重、不同沥青层和基层的模量厚度以及各结构层间不同接触状态下沥青层应力曲线响应进行了探讨分析。结果表明,荷载轮底下沥青层内部基本处于受压状态,荷载轮隙中间表面存在较大的拉应力,并在荷载接触面边缘有较大的剪应力。确定出合理的沥青层厚度为14 cm,加强结构层之间的粘结可以有效地控制沥青层底面的裂缝。根据不同的基岩强度设置相应的基层类型和基层厚度以及改善沥青混凝土质量也是公路隧道沥青路面结构设计时应考虑的问题。     

沥青路面Top-Down开裂成因的有限元分析

源于路表面的轮迹带附近的纵向开裂(Top-Down开裂)是重交通沥青路面的主要损坏类型之一,也是国际沥青路面工程界对道路损坏研究的新热点。为此在实测轮胎接地压力的基础上,建立了路面结构的三维有限元模型,计算出4条实际道路的最大拉、剪应力值及其位置,绘制了它们的等值线图。对最大拉、剪应力位置与开裂现象,最大应力值与应力强度进行了比较和分析。分析结果表明,轮载下强大的剪应力是造成Top-Down开裂的主要原因。     

轴重与胎压对半刚性基层沥青路面动力响应影响理论研究

采用多目标参数评价方法,分析了车辆轴重和胎压对路面结构动力响应的影响,建立移动荷载下粘弹性层状体系动力学模型。结果发现,路面结构动力响应随着轴重和胎压的增加而增加,轴重和胎压对路面结构的动力响应具有耦合性。0.7 MPa胎压下,轴重达到250 kN时,面层底部弯拉应变和土基顶部竖向压应变均小于永久性路面结构设计指标,可作为校核指标;面层底部水平剪应变远大于层底弯拉应变,可作为半刚性基层沥青路面动态设计的主要设计指标。因此,提高面层与基层之间的粘结强度是提高半刚性基层沥青路面结构使用寿命的关键。     

车辆载荷作用下沥青路面应力分析

基于沥青路面弹性层状结构,利用ANSYS有限元软件分析了水平载荷、超载额度对沥青路面力学状态的影响,得出沥青路面内部应力、应变分布规律;建立了沥青路面应力分析有限元模型,并利用数值软件进行分析,为沥青路面结构设计和施工提供参考。     

应力吸收层缓解沥青混凝土加铺层应力集中的数值模拟分析

沥青混凝土加铺层的反射裂缝,主要是由旧水泥混凝土路面接缝处应力集中导致加铺层应力过大而引起的。采用有限元方法对设置与未设置应力吸收层的加铺层结构进行对比分析可知,在旧水泥混凝土路面与沥青混凝土加铺层之间设置应力吸收层后,加铺层结构的荷载应力、温度应力及应力强度因子均有大幅度的降低,应力吸收层的模量越低,效果越明显。理论分析结果表明,应力吸收层可有效地缓解接缝处沥青混凝土加铺层的应力集中现象,延缓反射裂缝的产生与发展速度。     

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。     

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。     

透水沥青路面技术在水泥混凝土路面改造中的应用

水泥混凝土路面是指以水泥混凝土为主要材料做面层的路面,俗称白色路面,它具有强度高、稳定性好、使用年限长、养护维修费用少等优点。但在交通荷载及环境等因素影响下,水泥混凝土路面使用一段时间后,会出现板块开裂、角隅破碎、错台等不同程度的病害,为了恢复旧路面的使用性能,往往采取加铺沥青混凝土面层的措施。该文结合上海市奉贤区环城东路水泥混凝土路面改造为透水沥青路面的工程实例,介绍了透水沥青路面,以及橡胶沥青应力吸收层技术的应用。