修补模量对沥青混凝土路面坑槽补缝界面力学影响研究

为了研究坑槽修补材料与原路面材料的模量比对补缝界面力学性能的影响,通过Goodman零厚度单元模型,利用ABAQUS软件计算在荷载作用下不同模量比的补缝界面力学指标,分析补缝处力学指标随接触摩擦系数的变化规律。研究表明:补缝界面最大拉应力和最大剪应力计算结果受接触模型类型的影响显著,当摩擦系数μ0.8时,最大拉应力随模量比的增加呈非线性递增趋势;当模量比ζ≤1.0时,纵缝顶部存在最大拉应力峰值,为0.35 MPa;在模量比为0.5的纵缝顶部和模量比为8.3的补块表面存在最大剪应力峰值,为0.32 MPa。研究成果解释了修补材料与原路面材料模量相容性导致坑槽灾变破损机理,以期为修补材料选择和设计提供参考。     

基于界面力学响应的沥青路面坑槽修补研究

使用数值模拟,基于界面力学响应研究了适宜的沥青路面坑槽修补的方法,得到如下结论:方形修补块在侧面更容易发生界面上的竖向剪断,从而可以认为圆形的修补方式更优;修补深度对底面剪应力有较大的影响,而对侧面拉应力和剪应力影响不大;侧面界面拉应力与剪应力随着修补面尺寸的增加而增大,底面界面剪应力随修补面尺寸增大而减小。侧面倾角的减小使3种应力降低,在倾角60°以下时更明显;随着模量比的增加,各项应力均呈下降趋势。因此在实际坑槽修补时,建议选择圆形补块形状,选择修补面直径为80cm～120cm,补坑底面尽量深,侧面可以根据破损情况处理成斜面,修补材料应选取模量较大者。     

乳化沥青冷再生基层沥青路面病害特征及成因

为分析乳化沥青冷再生基层沥青路面病害特征及成因,文中结合九景高速公路冷再生基层沥青路面的实际,通过现场走访调查和钻心取样分析其病害特征,并结合理论计算分析了冷再生层结构与材料性能对路面力学结构的影响。结果表明:九景高速公路沥青路面病害主要表现形式为车辙、纵缝,并有少量的横缝,车辙与纵缝的产生与冷再生基层强度不足有密切关系;随着再生层模量的减小,下面层和再生层间的层间最大拉应力会急剧增长,易引起层间出现裂缝,且当下面层与再生层模量比小于1.8时,路面不会出现拉应力;最大剪应力出现在距路表6~7cm处,且再生层模量越小,路面产生的最大剪应力越大,容易导致路面出现车辙。     

级配碎石基层沥青混凝土路面非线性力学响应分析

为了明确级配碎石柔性基层沥青混凝土路面结构层位功能,就沥青混凝土面层厚度、级配碎石基层厚度和模量3个路面结构参数对级配碎石柔性基层沥青混凝土路面进行非线性力学响应分析,结果表明:面层厚度增大,基层最大剪应力降低,且面层厚度为9 cm时面层剪应力最不利,12 cm时面层层底拉应力最不利;基层厚度对基层剪应力影响不显著,且当基层厚度为30 cm时,面层剪应力、层底拉应力均出现最小值;当增大基层模量时,面层最大剪应力、层底拉应力和基层最大剪应力均有不同程度降低.     

沥青路面坑槽补缝界面应力集中模拟及影响因素分析

为了研究坑槽修补前后补缝界面应力集中程度,给沥青路面修补设计提供科学的理论支撑,通过建立有限元模型,计算补块与旧路面材料模量比、补缝界面接触摩擦系数和修补尺寸对应力集中系数的影响,分析了在各因素影响下其值沿圆弧界面的变化规律。结果表明:受修补料与旧路面材料的协同工作性和界面摩擦接触系数的影响,补缝界面上应力集中现象无法避免。在赤道区,柔性修补下的切向应力集中系数较大;在极区,刚性修补下法向应力集中系数较大;界面摩擦系数越大,各应力集中系数降低越明显;当坑槽修补尺寸较小时,应力集中系数基本稳定在3.0左右;而当修补尺寸较大时,其值受径宽比r/b和偏心率e/b影响显著。     

沥青道面坑槽修补界面力学行为分析

针对沥青道面坑槽修补后耐久性差及界面、角隅处很快出现二次破坏等问题,借助ABAQUS有限元软件,建立沥青道面坑槽修补三维有限元模型确定最不利荷位;然后从修补深度、水平荷载系数及轴载等角度对修补后的沥青道面坑槽界面处的正应力及剪应力进行分析。结果表明:坑槽角隅处为最不利荷位;修补深度越小,坑槽板块越容易发生挤压破坏;随着水平载荷的增加,界面处合成剪应力急剧增加,尤其是在紧急制动时,其合成剪应力将增加1.2倍以上;轴载大小与界面应力呈线性相关,轮压每增加0.1MPa,界面压应力增大14.3%,合成剪应力增大20.2%。     

柔性路面结构层模量梯度控制与论证

为了从理论及实践上验证结构层模量梯度控制的必要性及合理取值范围,以对结构受力影响最为显著的模量比为研究切入点,选取层间不完全连续接触,利用壳牌路面设计软件Bisar3.0全面计算模量比变化时柔性路面的力学响应,将模量比的影响定量化。在力学分析的基础上,以推荐的柔性结构铺筑实体工程进行性能跟踪验证,采用FWD检测方法实测关键层位模量比。结果表明:模量比从8增大到14时,沥青层最大拉应变与结构最大弯拉应力均随之增大,同时面层剪应力随之减小;对柔性结构的弯拉应力与剪应力水平实行双控,控制级配基层模量在合理范围内取相对高限值,可使结构受力较均衡;通过广州实体工程进行现场模量检测及长期性能观测的印证,建议控制柔性基层与面层的模量比为8~10。     

纤维微表处应用于旧路养护的适应性研究

旧路面上铺筑微表处层后,结构层之间的适应性对微表处层的受力状况影响极大。在分析微表处材料的技术特征和基本性能的基础上,通过有限元软件对微表处层层底拉应力、剪应力、弯沉值分析纤维微表处与旧路之间的力学响应,结果表明：偏载下纤维微表处的力学响应显著大于正载;裂缝宽度超过2 mm 后微表处层底的最大拉应力和最大剪应力急剧增大,纤维微表处更适用于旧路面路表裂缝在2 mm以内的路况条件;随着旧路顶面模量的增大,微表处结构层的力学响应随之减弱。因此,尽早采用纤维微表处养护旧路面有利于增强结构层之间的适应性。     

重载条件下沥青路面结构力学响应分析

分析淮海经济区典型沥青路面结构在重载交通条件下的力学响应,为该地区合理设计路面结构提供参考。设定5个荷载等级,采用ABAQUS软件计算2种典型结构的弯沉、压应力、层底拉应力和剪应力,并分析其分布特性及随轴载的变化规律。结果表明:路表弯沉、压应力在Y向呈W型分布,峰值位于当量圆圆心处;沥青面层各层层底均受压,Y向呈W型分布,峰值出现在当量圆圆心,基层和底基层均受拉,Y向呈倒U型分布,峰值出现在轮隙中心;距路表0~2 cm深度处,剪应力在轮边缘有应力集中现象,峰值出现在轮边缘,距路表7~15 cm深度处,剪应力应力集中现象不太明显,最大剪应力分布在当量圆圆心附近;随着轴载的增加,路面结构力学响应均随之增加。     

动态荷载作用下橡胶沥青应力吸收层的力学性能

利用ANSYS有限元软件对广西典型沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加动态荷载,研究橡胶沥青应力吸收层结构设计参数的变化对力学指标的影响,以及不同层间接触状态、轴载及车速下路面结构的力学指标变化规律。结果表明:当橡胶沥青应力吸收层厚度在1~5cm之间变化时,厚度每增加2cm,沥青面层层底拉应力增加8.45%,半刚性基层层底拉应力减小6.07%;橡胶沥青应力吸收层动态模量每增加1 000 MPa,面层最大剪应力和层间最大剪应力分别减小6.69%和6.76%。     

基于力学计算的基层裂缝修补需求分析

沥青路面基层裂缝会严重影响路面整体结构的稳定性,为明确基层裂缝的修补需求,以典型高速公路为例,利用有限元软件ABAQUS对比分析移动荷载作用下,完整路面结构与存在基层裂缝路面结构的应力变化情况,并求得基层底部与顶部最大拉应力和剪应力。结合典型高速公路交通量,得出不同设计年限下基层裂缝修补需求。结果表明,当基层裂缝存在时,面层及基层的最大拉应力分别增加了140.00%、4.54%,面层最大剪应力增加了8.12%,基层最大剪应力降低了2.17%;设计年限为10年时,基层最大抗拉强度为1.0 MPa,抗剪强度为0.95 MPa。     

沥青路面在不同层间状态下的受力特征及施工质量优化

针对我国目前在沥青路面设计中论假设沥青路面各结构层之间为完全连续、各向同性的弹性结构与路面的实际情况不符的问题,建立了剪切弹簧模型,并通过定义滑移系数来分析研究不同层间接触状态下对路面力学的影响。研究发现:在层间结合状态由完全结合向完全自由变化过程中,层内拉应力不断变大;当结合状态为完全自由时,下面层层底拉应力最大为0.2921MPa;层内剪应力也不断增大,最大达到226.1k Pa;路面弯沉也不断变大,当层间接触为完全自由达到最大56.32。随着基层模量的增大,相应的层底拉应力不断减小,并从基层模量为1800MPa开始趋于缓和;沥青层内剪应力不断变大,层间结合状态为完全自由时最大达到0.2347MPa;竖向压应力也随之不断变大,层间接触状态为完全连续切基层模量为2200MPa时最大,为0.6712MPa。沥青路面施工时,应严格按照规范对沥青路面的粘结层进行施工,提高沥青路面的层间抗剪强度。     

道路扩建工程中路堤拼接部力学特性研究

道路扩建工程中加宽路堤的填筑将会改变原有路基、路面的应力场和应变场,引起新旧路堤拼接部产生不均匀塑性累积变形和附加应力。文中研究了道路扩建工程中路堤拼接部力学特性。结果表明,道路加宽后路面最大剪应力出现在新旧路堤拼缝旧路侧1m左右的位置,最大横向拉应力出现在路堤中线位置。剪应力相对拉应力较小,应加强拼缝处的抗拉性能。道路加宽宽度越大,对地基和路堤的沉降影响越不利。道路扩建工程须重视拼接部位地基和路堤不均匀沉降及其引发的病害,并采取适当的措施予以解决。     

某国道“白加黑”沥青薄层罩面力学响应分析

为研究水泥砼路面上沥青薄层罩面的力学行为，结合湖南省某国道改造项目工程实例，运用BISAR3.0程序对沥青薄层罩面及其层间的力学响应规律进行分析。结果表明，层间结合状态对“白加黑”薄层罩面层内拉应力和拉应变影响显著，从完全连续到完全光滑，最大拉应力和最大拉应变显著增大，所以应加强沥青罩面层与旧水泥砼路面之间的粘结；超载对剪切应力影响显著，通过增大罩面层的模量可以有效减小沥青层的剪切变形；罩面层厚度对最大剪应力τmax 的影响，层间连续时以3 cm为界，层间光滑时以4 cm为界。     

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。     

沥青路面结构设计及力学计算

利用有限元对四种路面结构的变形、受力特性和位移进行了分析,得出了上面层和中面层模量的改变对竖向压应力变化没有很大的影响,上面层模量的增加可以显著地消减由于荷载作用而产生的水平拉压应力、径向拉压应力和剪应力,最大剪应力峰值随着面层模量的增加而减少且呈现非线性关系的结论。     

旧沥青路面加铺层力学响应分析

在旧路升级改造中,新旧路面材质、模量等参数相差较大,旧路面自身也有不同程度的老化,使得层间更是环节薄弱,层间的抗剪切问题也更加复杂,分析旧沥青路面加铺层力学响应,为合理设计路面结构提供参考。文章应用ABAQUS软件计算了不同旧路模量和层间接触状况下的弯沉、加铺层的层底拉应力、层底横向剪应力和层底纵向剪应力,并分析了其变化规律。结果表明:旧路模量主要影响加铺层层底拉应力,对新旧路层间剪应力和弯沉的影响比较小;层间粘结状况对加铺层层底拉应力和新旧路层间剪应力都有很大的影响,对路面弯沉的影响比较小,良好的层间粘结可以减小路面弯沉和加铺层层底拉应力,并减小路面滑移。     

水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析

为研究行车水平荷载对沥青路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了不同水平荷载作用时沥青砼路面结构的力学响应规律,分析了半刚性基层厚度和土基模量对水平荷载产生应力的影响。结果表明水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6cm以内,路表最大剪应力和最大剪应变随水平荷载增大而显著增大,半刚性基层厚度或土基模量的变化对水平荷载产生的应力影响不大。     

层间接触位置和状态对沥青路面力学指标的影响

为研究沥青路面层间接触位置和接触状态对路面结构内力学指标的影响,选择典型的高速公路半刚性基层路面结构,利用BISAR3.0软件计算分析不同层间接触位置时的路面力学指标,并探讨不同基面层接触状态下沥青路面力学响应和疲劳寿命的变化规律。结果表明:面层与面层、面层与基层、基层与底基层之间在完全光滑时对拉应力、拉应变、剪应力影响显著,弯沉受层间接触位置的影响变化不大;随着基面层间滑动系数的增加,路面结构内的应力、应变逐渐增大,在完全滑动时下面层底的拉应力、剪应力和拉应变分别是完全连续时的2.93倍、2.45倍和69.36倍;在基面层间滑动系数小于0.6时沥青路面的疲劳寿命降幅较小,随后降幅逐渐增大,当基面层间完全光滑时,疲劳寿命较完全连续时下降44.5%。     

基于不同拼接方式的旧水泥路面扩建受力分析研究

为研究高速公路旧水泥路面改扩建中不同拼接方式对路面结构的应力影响,以广西柳南高速公路四车道改八车道扩建工程为研究对象,对7种不同的路面拼接方式分别建立有限元模型,分析路面结构层在不同搭接宽度下拉应力及剪应力。研究表明:不同搭接宽度下,老路混凝土板层出现拉应力集中现象;随着搭接宽度增加,新路水泥稳定碎石层最大拉应力、老路二灰稳定碎石、混凝土板层最大剪应力呈上升趋势,其余各结构层最大拉应力、剪应力出现不同程度减少,剪应力变得更为均匀;新旧路面合理的搭接宽度以50 cm左右为宜。