重载交通半刚性基层沥青混凝土路面结构应变分析

以多层弹性层状体系理论双圆均布荷载为基础,结合国外长寿命路面设计方法及要求,对重载情况下半刚性基层沥青混凝士路面的沥青混凝土层拉应变分布规律进行研究.结果表明.对于半刚性基层的长寿命路面而言,有必要将中面层底部的拉应变作为控制指标之一.在半刚性基层的长寿命路面设计中.控制指标不仅要考虑沥青混凝土层层底拉应变.也要考虑沥青混凝土表面层的托应变.     

半刚性基层长寿命沥青路面结构设计指标研究

为了研究国外基于柔性结构提出的长寿命路面设计指标是否适合我国半刚性基层结构的设计,本文采用BISAR3.0程序对我国典型半刚性基层结构和国外典型柔性结构进行了拉应力、拉应变和竖向压应变分析。结果显示,半刚性基层结构内应力、应变分布与柔性结构有较大的差异,故建议在我国半刚性基层长寿命路面设计时,应采取沥青层内最大拉应变、半刚性基层底最大拉应力、土基顶面压应变作为设计验算指标,且基顶压应变值应小于国外提出的200με。     

沥青路面永久变形设计方程研究

对于半刚性基层、刚性基层、柔性基层、组合式基层的沥青路面典型结构,计算出不同季节时不同深度处沥青混合料的温度和动模量,采用分层总和法计算出路面总永久变形,计算出平均塑性应变点的深度和弹性应变,并在路面总永久变形和季节平均气温、面层厚度、平均塑性应变点的弹性应变以及标准轴载累积作用次数间建立了回归公式,相关系数（R2）均在0.93以上,最后建立了沥青路面永久变形预估方法。结果表明,可以利用本文的方法来代替分层总和法预估沥青路面的永久变形,但前者更简单实用。     

移动荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应分析

基于弹性层体系理论,使用有限元计算软件ANSYS10．0计算了移动荷载作用下半刚性基层沥青路面的动力响应,分析了半刚性基层沥青路面在不同车速车辆动荷载作用下设计指标——路表弯沉、基层底弯拉应力、底基层底弯拉应力、路基土顶面压应变的变化规律,得出了相关的结论。     

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。     

碎石化水泥混凝土路面加铺层结构研究与设计

该文采用有限元法建立了碎石化条件下混凝土路面二维平面应变模型,对标准轴载和超载条件下不同类型加铺层结构的力学响应进行了计算,分析了路面弯沉、层底拉应力、层底拉应变等指标,提出半刚性基层加碎石化沥青薄层结构的有关建议。     

基于环境和荷载的水泥稳定碎石抗裂评价系数试验研究

在分析现有半刚性基层抗裂评价指标的基础上,采用劈裂模型作为半刚性基层材料收缩开裂的评价模型,同时考虑干缩应变、温缩应变及行车荷载下基层层底拉应变,提出了抗裂评价系数作为水泥稳定碎石的评价指标。对6种级配水泥稳定碎石进行了劈裂和收缩试验,并用BISAR3.0计算了给定结构基层最大层底拉应变,进而比较了最大干缩应变、劈裂应变和抗裂评价系数3个抗裂指标。研究表明,采用抗裂评价系数能正确评价水泥稳定碎石的抗裂性能。采用控制关键筛孔通过百分率理论计算所得集料级配的抗裂性能优于富勒级配理论;超载对基层层底拉应变的不利影响显著。研究结果已在沪宁高速公路扩建工程中成功应用。     

半刚性基层沥青路面轴数系数研究

应用弹性层状体系理论计算程序，分别以路表设计弯沉值，半刚性基层层底拉应力为换算指标，变换面层、半刚性基层、土基等不同结构层的参数，同时考虑轴距变化的影响，计算半刚性基层沥青路面轴载换算公式中的轴数系数。首先分析各结构层参数对轴数系数的影响，然后通过回归分析计算结果，提出建议的轴数系数计算公式，并与我国设计方法中取值作对比分析，发现以拉应力指标控制的轴数系数计算公式与规范较为接近，相对而言规范偏于安全保守。     

交通荷载下半刚性基层沥青路面反射裂缝疲劳断裂分析

根据疲劳断裂理论,对交通荷载下半刚性基层底部出现裂缝的沥青路面结构做了较为详尽的分析,定性地指出了在裂缝扩展过程中,材料参数、层间结合状态、车载作用方式对应力强度因子的影响变化规律,最后采用Paris公式,对路面剩余寿命进行了预估.     

碎石化条件等级路水泥混凝土路面加铺层结构优化

该文采用有限元法建立了碎石化条件下混凝土路面二维平面应变模型,对标准轴载和超载条件下不同类型加铺层结构的力学响应进行计算,综合比较路面弯沉、层底拉应力、层底拉应变等各项指标,提出半刚性基层加薄层沥青罩面可作碎石化条件下的加铺层结构;通过优化比较,得出采用半刚性基层加沥青面层可满足设计要求,并对各种基层材料的抗干、温缩,抗水损害等性能进行了比较。     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

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。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

超载下倒装式沥青路面结构有限元分析

本文利用ANSYS有限元软件对沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加不同轴载,研究超载以及级配碎石层对沥青路面结构响应量的影响,分析了半刚性沥青路面结构各项力学响应量。分析结果表明:随着轴载的不断增加,级配碎石层的设立可以明显减小沥青路面结构半刚性基层层底拉应力和路基顶面压应变指标。其中,半刚性层底拉应力减小23%,路基顶面压应变减小12%。     

动载作用下半刚性基层沥青路面应变响应的演化规律

为了研究现实车载作用下半刚性基层沥青路面动力响应的规律,为耐久性路面的设计提供基础数据,在修筑的试验路沥青面层、水泥稳定碎石基层及底基层的底部埋设大量光纤光栅应变及温度传感器,测试并分析了半刚性基层沥青路面在不同路面结构、不同层位、不同轴载、不同行车速度下的瞬时应变行为。研究结果表明:3种路面结构表现出相似的动载响应情况,结构1采用大厚度半刚性层,刚度逐渐过渡,即使在超重慢速不利条件下,整体结构应变水平很低;路面内部受拉响应最大层位为中面层,其次为半刚性层;中面层对动载响应敏感,尤其是轴载引起的变化较大,半刚性层底拉应变在慢速交通下与轴载有很好的线性相关关系。     

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。     

基于弯拉应力等效的地基当量回弹模量

以往多层地基的顶面当量回弹模量大多是按弯沉等效得出的,该值对计算地基上面层或基层的弯拉应力是不适合的.为此,在弯沉等效的地基顶面当量回弹模量计算式的基础上,通过对荷载圆半径的修正,将弯沉等效转变为弯拉应力等效;进而,总结出了三层结构时单圆和双圆荷载的荷载圆半径修正系数回归公式,并拓展至多层结构;最后,通过工程实例证实,用弯沉等效的地基顶面当量回弹模量计算刚性或半刚性基层层底弯拉应力偏小13％～22％,而用弯拉应力等效的地基顶面当量回弹模量计算得到的基层层底弯拉应力与理论值的误差不超过1％.     

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。     

半刚性基层沥青路面动态应变响应模拟分析

为研究半刚性基层沥青路面的结构动态应变响应规律,依托工程项目开展动态应变实测,并基于ABAQUS进行了三维动态仿真试验,对结构各层的应变响应规律进行对比分析。结果表明,最大纵向及横向拉应变均出现在冷再生层底部,说明疲劳开裂最可能在此产生。面层与基层间接触接近于滑动条件,可能是由于裂缝处面层与半刚性基层间产生了脱空。实测与数值仿真所得各层动态应变规律较为一致,说明动态应变测试方法能较好地反映沥青路面的真实应变响应,可为半刚性基层沥青路面结构设计与性能评价提供依据。     

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。