山区高速公路陡长坡沥青路面力学响应研究

分析了坡面车辆行驶特性,通过建立有限元模型对不同坡度、不同路面结构及不同荷载级位和分布形式下,陡长坡沥青路面力学响应和变形特性进行了分析。研究结果表明,坡面荷载合力明显高于常规平直路段荷载,因此对路面产生了更强的破坏效果;荷载接地压力的非均布效应非常显著;坡面上发生车辙变形的可能性比常规平直路段高25％以上,需要单独设...     

车辆荷载对沥青路面破坏的影响研究

轮胎与路面间接触压力具有很明显的非均布性,根据轮胎胎面花纹的类型,提出荷载简化模型,并利用有限元计算分析不同荷载作用下的沥青路面结构响应。结果表明,轮胎与路面接触面的局部区域内,不同荷载模式的影响相当大,这对进一步解释路面面层的破坏现象提供有益的参考。     

轮胎接地印迹对路面结构力学响应影响的有限元分析

路面与轮胎之间的接触压力具有很明显的非均布特性,并不同于传统的路面结构分析中的双圆均布垂直荷载。本文首先根据轮胎胎面花纹类型,参考轮胎与路面接触压力的测试结果,提出接触面内的不同荷载简化模型。依据弹性层状理论,建立沥青路面多层体系的三维有限元分析模型,利用有限元计算分析不同荷载简化模型作用下的沥青路面结构响应。对在各种不同荷载模式作用下沥青路面的力学响应进行对比。结果表明:车辆荷载作用局部区域内的路面结构影响较大,对远离荷载作用面的点影响比较小。不同的轮胎荷载简化模型不影响路面结构整体力学分析。     

考虑横坡的沥青路面力学响应有限元分析

路面结构的横向坡度（横坡）包括路拱横坡和超高横坡。在一般的路面力学响应分析中均忽略其影响,即将路面各结构层视为水平。但实际上由于横坡的存在,各结构层有横向倾斜,这种倾斜对路面力学响应的影响需作进一步分析,本文利用大型有限元软件,以高速公路典型沥青路面结构为例,定量分析了不同横坡坡度对路面力学响应的影响。计算分析表明：横坡在0％～10％之间变化时,对路面结构的力学响应影响很小,所以,在一般的路面力学分析中忽略横坡的影响是可行的。     

干线公路陡坡路段沥青路面结构受力分析

西南山区干线公路受地形和经济条件限制,急坡陡弯路段较多,沥青路面结构层普遍偏薄,容易产生早期病害。基于弹性层状体系理论,建立陡坡路段沥青路面的三维有限元模型,分析研究了不同工况(平坡路段和陡坡路段)和不同路面结构(常规路面结构和高模量路面结构)条件下沥青路面在车辆荷载作用下的受力特性。结果表明:随着坡度的增加,沥青面层底部纵向剪应变显著增加,相比平坡路段,当坡度增至6%时,沥青面层底部纵向剪应变增加了16.83倍。建议提高沥青混合料模量以改善陡坡路段沥青路面结构的受力状态,延长沥青路面使用寿命。     

长大纵坡沥青路面有限元分析

针对长大纵坡上坡路段沥青路面易产生车辙破坏的现象,以粘弹性沥青混合料本构模型为基础,选取了5种不同的纵向坡度,采用ABAQUS有限元软件分析了标准轴载作用下沥青混合料面层内最大剪应力和竖向应变的分布规律,并对有坡和无坡状态下荷载与车速的影响进行了分析。计算结果表明:最大剪应力和竖向应变随坡度和荷载的增大而增大,随车速的增大而减小,且有坡路段受荷载和车速的影响更大;位于路表下4~10 cm深度处中面层的最大剪应力和竖向应变平均值都大于其他结构层,是最容易产生车辙的结构层位,因此,提高长大纵坡路段沥青路面中面层的抗车辙性能尤为重要。     

工程车辆翻新轮胎接地力学特性分析

为进一步明确翻新轮胎的力学性能并提高其使用寿命,构建工程车辆翻新轮胎静态接地工况三维模型、轮胎与地面接触模型、静态接地工况有限元分析模型及承载-接地力学特性试验系统。分析结果表明:静态接地工况、接地压力及接地摩擦力在轮胎与地面接触区域内中心位置达到最小值,沿轮胎滚动方向及宽度方向呈现不同程度增大的"V"型分布规律;当载荷较小时,接地印痕形状近似为圆形,随着载荷不同程度地增大,其形状变化由近似圆形到近似椭圆形,再到近似矩形,最后到近似马鞍形的变化规律;当胎压一定时,随着载荷的增加,接地面积逐渐增大,增大趋势呈现非线性变化规律;工程翻新轮胎胎肩部位接地压力及接地摩擦力均最大,该部位较容易发生橡胶崩花掉块、撕裂脱层的失效损坏现象。     

公路坡度变化对沥青路面层间应力的影响

由于低速行驶路段车辆行驶特性等各种原因,导致沥青路面低速行驶路段(长大上坡路段)更容易产生车辙变形等病害。采用ABAQUS有限元软件,分析了在静力状态下低速行驶路段,坡度变化对沥青路面结构层的影响,通过分析对比坡度由0%~5%变化时应力应变曲线、应力应变的大小及变化趋势,从而得到在静力状态下坡度变化对路面层间应力的影响。     

浅谈公路超高

公路的几何线形是平、纵、横三维的空间立体线形，设计时应进行综合考虑，一般把公路路面修筑成具有一定横向坡度的路拱形式。这样，在圆曲线路段的弯道上，当汽车沿着双向横坡的外侧车道行驶时，由于车重的平行面分力与离心的平行路面分力的方向相同，且均指向曲线外侧，将影响行车的横向稳定。圆曲线半径愈小，对汽车行驶的横面稳定影响愈大，故在弯道设计时，为了能象在路面内侧道行驶时那样同车重的平行路面分力抵销一部分横面力，以保证行车的横面稳定，行车道需要设置超高。     

基于CFD的轮胎滑水及其性能影响因素分析

轮胎滑水性能对车辆安全性和操控性具有决定性影响,而花纹结构设计参数直接影响着轮胎接地区水流运动进而对轮胎滑水性能也会产生直接影响。但由于滚动轮胎的滑水性能测试条件极为苛刻,且很难捕获到滑水现象发生时水流运动流场特性。为明晰滑水现象发生时的流场特性及花纹结构设计参数对滑水性能的影响,基于计算流体动力学的方法,建立考虑轮胎接地印痕及花纹变形特征的滑水分析模型,掌握了水膜升力、自由液面及沟槽内水流速度等流场分布特征,分析了水膜厚度、水流速度、纵向花纹及横花纹结构设计对滑水性能的影响。结果表明:在水膜厚度较小时,路面水流可顺畅进入接地区花纹沟并被及时排出;水流速度的变化对胎面动水压力有显著影响;纵向花纹沟深度对滑水性能影响显著;改变横向花纹沟水流运动方向、降低胎面动水压力可提升滑水性能。     

凝冰条件下沥青路面与轮胎接触摩擦动力响应分析

综合考虑轮胎材料超弹性和路面材料的粘弹性、轮胎与路面间的瞬态接触摩擦作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立凝冰条件下轮胎与沥青路面接触的有限元模型,分析沥青路面动力响应规律。结果表明：凝冰条件下沥青路面路表弯沉在轮胎作用的区域明显增大,在没有直接作用的区域弯沉逐渐减小,且路表弯沉随着摩擦系数的增大而逐渐增大;路表水平剪应力以轮胎作用区域为中心呈反对称分布,且最大水平剪应力在轮胎经过前随着摩擦系数的增大而减小,而在轮胎经过后随摩擦系数的增大而增大。路表竖向应力在轮胎作用的瞬间出现应力集中现象,在非作用区域则很小,竖向应力随着摩擦系数的增大而减小;同时阻尼对凝冰沥青路面力学响应也有着重要的影响。     

沥青路面结冰条件下抗滑性能

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立轮胎与路面接触的动力有限元模型,同时考虑轮胎与路面的动态摩擦作用,分析不同温度工况条件下结冰沥青路面的抗滑性能.结果表明：轮胎的速度和动能随时间呈现倒S形的减小趋势,轮胎胎面由于橡胶的粘弹性特性,其速度出现以轮胎运动速度为平衡位置的剧烈震荡现象;轮胎的速度随着摩擦系数的增大衰减越快,路面结冰时轮胎的速度衰减幅度以及胎面摩擦力都明显小于干燥路面,而制动距离则刚好相反;由于轮胎与路面的相互作用,胎面的摩擦力呈现抛物线变化趋势,最大摩擦力明显小于干燥路面.     

多车道高速公路超高过渡段积水分布数值模拟与规律分析

为了揭示多车道高速公路超高过渡段积水分布规律,基于流体动力学理论,选取典型多车道高速公路超高过渡段设计参数,利用道路BIM设计软件建立了40组三维道路模型;分析了路面积水量和排水设施径流量的关系,建立了考虑排水设施与路面构造深度影响的降雨模拟方案;采用离散相模型和多相流模型耦合,模拟了降雨条件下的路面积水状态;分析了不同组合参数下的超高过渡段积水厚度数据,得到了合成坡度、道路宽度、降雨强度与超高渐变率对积水厚度的影响模式,计算了各车道最大积水厚度,分析了六车道、八车道高速公路积水横向分布规律。研究结果表明:积水厚度与合成坡度、超高渐变率负相关,与降雨强度、道路宽度正相关,其中降雨强度对积水厚度的影响最大,超高渐变率对积水厚度的影响最小;合成坡度为2.02%~8.54%,降雨强度为1~5 mm·min-1时,多车道高速公路超高过渡段最小积水厚度为0.58 mm,最大达到28.35 mm;当降雨强度为5 mm·min-1时,高速公路超高过渡段内外侧车道最大积水厚度差异明显,六车道由内侧车道到外侧车道的最大积水厚度比例为1.0∶3.1∶3.3,八车道为1.00∶0.96∶1.03∶1.36;多车道高速公路超高过渡段积水厚度峰值先出现在道路中间附近,然后向外侧移动,最大积水厚度一般出现在外侧车道。      

轮胎与钢桥面铺装接触力学分析

为进一步分析钢桥面铺装的真实受力特性,对轮胎与钢桥面铺装的接触力学行为进行了研究.通过建立轮胎模型,对轮胎接地压力进行计算,并与实测数据对比验证了轮胎接触模型的准确性;通过建立轮胎与桥面接触模型,对不利荷载位置时桥面铺装的力学响应计算与分析,得出铺装层竖向位移、铺装层顶弯拉应力、粘结层剪切应力的分布特性,指出桥面铺装典型病害产生的力学机理;通过对设定的一组铺装层计算模量对应的铺装层力学响应极值进行计算,得出铺装层弯拉劲度模量变化对铺装层力学响应的影响规律,并对比分析了轮胎荷载与均布荷载对结算结果的影响作用.结果表明：在等量荷载条件下,采用轮胎与桥面接触模型计算出的铺装层最大层顶反弯应力、粘结层最大剪切应力均明显大于采用均布荷载的计算结果,其中：铺装层层顶反弯应力增幅约为5%,粘结层剪切应力增幅约为9%.采用轮胎与桥面接触模型进行钢桥面铺装设计会更为安全.     

降雨入渗时沥青路面流固耦合作用的力学响应

应用ABAQUS软件建立降雨入渗条件下的沥青路面渗流有限元模型,得到相应的渗流规律和渗流场的分布状态;在建立合理的降雨渗流场边界的基础上,运用多孔介质流固耦合理论分析了沥青路面在渗水和行车荷载作用下的力学响应。研究表明:降雨入渗过程将会导致沥青路面内部饱和度和孔隙水压力出现显著的变化;在动态荷载的作用下,降雨入渗后的沥青路面内部各项应力指标呈现波动特性,孔隙水压力与流速出现了较大的正、负逆转。     

半刚性基层沥青路面中剪应力点位分布研究

为了深入研究半刚性基层沥青路面中剪应力点位的分布,通过建立沥青路面结构力学模型,分析半刚性基层沥青路面结构剪应力在不同层间接触条件下的分布规律,从中得出剪应力最大值对应的点位,然后研究车辆荷载、面层模量和厚度对其点位的影响。结果表明:在不同层间接触条件下,最大剪应力点位在轮胎中心点对应下距路表6cm深度处,由此提出在半刚性基层沥青路面结构及材料设计中对中面层应主要考虑其抗车辙性能。     

山区沥青路面结构剪应力三维有限元分析

为解决山区沥青路面上坡路段严重的车辙破坏,通过对上坡路段车辆行驶特性的分析,计算车辆对路面结构的水平和垂直荷载。通过建立道路三维有限元模型,分析山区沥青路面车辆荷载对结构剪应力的影响,采用合理的结构设计和纵坡技术指标,提高山区沥青路面抗剪切性能。     

悬索桥隧道式锚碇横断面形状对其承载性能影响(英文)

应用有限元软件ABAQUS对比分析了马蹄形和圆形两种横断面隧道式锚碇的承载性能。围岩及锚碇采用实体单元模拟,围岩与锚碇之间设置接触面单元;围岩采用扩展的Mohr-Coulomb屈服模型;使用超载法分析锚碇的极限承载能力。计算结果表明:马蹄形断面在边墙与拱以及边墙与底板的交界处出现较大应力集中,圆形断面应力分布均匀;在断面面积相等的情况下,相同缆力作用下圆形断面锚碇位移小于马蹄形锚碇约22%,极限承载力高出马蹄形锚碇约18%,说明圆形断面承载性能优于马蹄形断面。     

基于ANSYS的小半径陡坡路段混凝土面板受力分析

山区农村公路具有半径小、纵坡大的特点,如何避免山区农村公路水泥混凝土路面提前破坏,确保其达到设计使用寿命,减少养护维修费用,已成为目前山区农村公路水泥混凝土路面修建面临的重要课题。采用三维动态有限元,分析计算小半径与陡坡组合路段路面板底最大拉应力、最大剪应力,并与直线路段和平坡路段下的相应状态进行比较,得到陡坡急弯路段路面力学响应的特点。