行车荷载作用下路面结构动态响应敏感性分析

为了在行车荷载作用下对路面结构进行承载能力检测,利用ANSYS软件建立了路面结构的三维有限元动态模型,并分析了路面结构层参数变化对路面动态响应的影响。通过大量有限元计算结果表明:对于路表动应变来说,基层模量和底基层模量以及土基模量影响比较小,甚至可以忽略;面层厚度、基层厚度和底基层厚度影响比较显著,其中影响最大的就是面层模量,当面层模量由2500MPa增加到4500MPa时,测试区的动应变峰值由16.875με减小到10.863με,降幅为35.63%。     

底基层性质对路面结构层的附加应力影响研究

路面结构层的底基层特性对路面结构层附加应力有一定的影响.文章采用ABAQUS有限元软件,结合江苏省某高速公路,分析了底基层模量、厚度对路面结构层附加应力的影响.结果表明路面结构的面层均处于受压状态;基层和底基层处于受拉状态;附加应力在路面结构中心处最大,向两侧逐渐减小,路肩处附加应力最小.面层、基层内的附加应力随底基层模量和厚度的增大而减小;底基层的附加应力随底基层模量和厚度的增大而增大.     

土基压应变的影响分析

采用4层的典型路面结构，分析了各结构层参数（厚度与模量）的变化对土基顶面压应变和土基内部压应变影响。分析表明：基层厚度对土基顶面压应变影响最大，当基层厚度〈30cm时效果更为显著，但是当h2〉50cm时，通过基层厚度的增加来减小土基顶面压应变的效果已不太明显；底基层模量E3对路基顶面压应变的影响较基层E2、面层E1大的多。土基承受的压应变较小，传递深度也较浅，有效工作区的范围大概在1m之内。     

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基于半刚性基层沥青路面反射裂缝严重性,应用断裂力学理论及有限元软件ABAQUS,建立20结点等参有限元模型,数值模拟沥青路面反射裂缝的扩展,并应用Paris公式预估其疲劳扩展寿命,分析探讨反射裂缝扩展过程中应力强度因子K2 的变化规律及路面结构参数对其扩展寿命的影响.计算表明：(1)沥青面层反射裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,K2 随着裂缝的扩展不断增大,初期扩展速度较慢,后期扩展速度急剧增加,直至破坏.(2)路面结构参数中,面层厚度、基层模量、底基层厚度、底基层模量和土基模量的增加对面层反射裂缝疲劳扩展寿命有利,而面层模量和基层厚度的增加则不利于面层反射裂缝的疲劳扩展.     

沥青路面多孔混凝土基层荷载应力数值分析

建立多孔混凝土基层沥青路面三维有限元模型．引入横观各向同性弹性本构关系模型作为正交各向异性接触模型，实现路面结构层间接触状态的数值模拟．通过数值计算方法，分析多孔混凝土基层的荷载应力，研究了面层厚度、多孔混凝土基层厚度及模量、地基模量、轴载等对荷载应力的影响．对条件相同的计算结果进行对比分析，结果表明：基层荷载应力随基层厚度的增大而减小，随着面层厚度的增大而减小；随着基层与地基模量比的增大而增大；随着轴载的增大而增大．     

结构层模量对路面力学响应影响的三维数值分析

目前关于路面结构层模量对路面结构力学响应影响的研究一般是利用弹性层状理论进行分析。从三维数值分析的角度，分别从路表弯沉、面层和基层内的压应力及拉应力等方面说明了结构层模量及基层条件对路面结构力学响应的影响。分析认为路面各结构层模量的提高能减小路面表面弯沉，较高的基层模量会增大面层内的压应力，较高的底基层模量能减小基层底面的拉应力。有关分析结果对路面结构的设计和施工具有参考价值。     

半刚性基层特征参数与路面性能相关性研究

路面性能受诸多因素影响,其中最主要的指标是沥青路面结构层整体变形及各结构层变形。半刚性基层沥青路面性能与基层结构特征及材料参数尤其是结构层模量密切相关。采用数值有限元计算分析方法,在仅改变路面结构层力学参数的情况下,研究分析相应的半刚性基层沥青路面结构变形性状及相关规律。基于此,对各结构层力学参数对路面结构层变形影响程度的大小进行了分析,结果表明:对半刚性基层结构本体变形影响最大的几个因素依次为:基层模量,面层模量,土基模量。在进行半刚性基层沥青路面结构设计时应重点考虑选择合理的基层模量。     

土基模量对沥青混凝土路面的力学响应的影响

采用基于多层弹性层状体系理论的路面结构分析软件BISAR3.0,对我国典型的半刚性路面结构的路表和路基顶面弯沉、面层和基层层底拉应力及路基顶压应变进行计算分析。结果表明,土基模量对半刚性基层层底拉应力较面层层底拉应力影响较大,起主要控制作用;并且随着土基模量的增加,路面结构层的力学性都能得到明显改善。     

移动荷载作用下结构参数对沥青路面的动力响应分析

利用ABAQUS有限元软件建立沥青路面的三维仿真计算模型,分析移动荷载作用下沥青路面的设计指标受结构参数影响的变化规律;结合正交试验,探讨了结构参数的影响权重,在此基础上选择了一种结构参数组合并进行了试算。研究结果表明:(1)面层厚度增加可以显著降低面层底部拉应力,基层厚度增加可以显著降低底基层底部弯拉应力,底基层厚度增加可以显著降低基层底部弯拉应力;(2)面层、底基层模量的增加会减小路表弯沉和路基顶压应变,提高结构层的抗变形能力,但是面层、基层、底基层模量的增加也会导致该结构层底部拉应力的显著增加;(3)在敏感性分析的基础上,合理地选择结构参数组合可以有效地降低沥青路面的动力响应。     

含碎石化层的沥青加铺路面结构分析

利用ABAQUS有限元软件建立了含碎石化层的沥青加铺路面结构模型,研究土基、旧路基层与碎石化层模量以及碎石化层和加铺层厚度对含碎石化层沥青加铺层路面结构的力学响应的影响,确定碎石化模量的控制范围.结果表明,荷载作用中心点及附近一定区域,沥青加铺层层底受拉;沥青加铺层层底拉应力对土基模量、旧路基层模量、碎石化层厚度不敏感,但当碎石化层模量较小(接近300MPa)或加铺层厚(大于20cm)时层底拉应力均较大,在重载作用下更大.因此碎石化道路必须验算沥青层层底拉应力指标.为使沥青层层底拉应力峰值不至于过大甚至超过容许拉应力,使得受拉区域控制在一定范围以内,同时为降低加铺层竖向剪应力及土基顶面压应变,并达到防治反射裂缝的效果,碎石化层的模量宜控制在500～1000MPa.     

三角形波动载作用下半刚性沥青路面动态响应量三维有限元分析

针对动载条件下半刚性沥青路面结构破坏问题,采用三角形波激励加载,考虑车辆超栽以及车速变化对路面结构动态响应量的影响,利用三维有限元数值法对超载、快速、慢速条件下的路面各结构层动竖向位移和层底动弯拉应力分布规律进行数值分析计算。结果表明,动载条件下,路表所形成的横向弯沉盆影响范围为6．2m,而基层层底沿横向0．35m范围内均承受动拉应力;车速越慢,超载越严重,路表、路基顶面的竖向动位移峰值及动弯拉应力峰值越大,在交通堵塞、长大纵坡的行驶环境中,路面材料的要求更高。     

Mechanical properties of asphalt pavement structure in highway tunnel

A linear full 3D finite element method （FEM） was performed in order to present the key design parameters of highway tunnel asphalt pavement under double-wheel load on rectangular loaded area considering horizontal contact stress induced by the acceleration/deceleration of vehicles. The key design parameters are the maximum horizontal tensile stresses at the surface of the asphalt layer, the maximum horizontal tensile stresses at the bottom of the asphalt layer and the maximum vertical shear stresses at the surface of the asphalt layer were calculated. The influencing factors such as double-wheel weight; asphalt layer thickness; base course stiffness modulus and thickness; and the contact conditions among the structure layers on these key design parameters were also examined separately to propose construction procedures of highway tunnel asphalt pavement.     

应急机场土质道面疲劳变形特性模型试验

为分析应急机场快速修建工程的合理道面结构形式,采用人工加载和道面电液伺服疲劳试验机加载2种方式,对由压实土基、稳定土基层（底基层）和功能性面层组成的典型道面结构疲劳变形特性进行了模型试验.研究了土质道面结构的累积塑性变形、回弹弯沉和弯沉盆曲线随飞机荷载、施加荷载频率和荷载作用次数的变化情况及其平面分布规律.试验结果表明:累积塑性变形随加载频率增大而增大,累积塑性变形与加载次数呈对数关系;弯沉盆曲线形状类似“S”型曲线,可采用四次曲线方程进行拟合;道面结构的早期整体回弹模量增长较快,7~60 d龄期内整体回弹模量可达200~500 MPa,在数万次通行次数下,土质道面的回弹弯沉小于1 mm,表明提出的土质道面结构形式能够满足应急机场强时效性的要求.      

带残留层的冷再生基层沥青路面结构力学行为研究

采用双圆垂直均布荷载模式,利用Shell设计法对带残留层的冷再生基层沥青路面结构力学响应进行分析.结果表明残留层模量、厚度直接影响再生层与残留层层底拉应力,高模量薄厚度的残留层对再生层设计是不利的.在有残留层存在时,冷再生基层沥青路面设计应考虑残留层的厚度和模量.     

ATB基层的合理模量和厚度范围研究

采用Bisar3.0程序对设置ATB柔性基层的沥青路面结构进行力学响应分析,分析各结构层层底最大拉应力随ATB层厚度和模量的变化趋势。结果表明,上面层、下面层和基层的层底最大拉应力随ATB模量和厚度的增大而增大;中面层的层底最大拉应力随ATB层厚度的增大、模量的降低而增大;底基层的层底最大拉应力随ATB模量和厚度的增大而减小;根据各结构层层底最大拉应力的分析结果和2100万交通轴载作用寿命下的要求,综合推荐ATB层的合理厚度范围为6～14cm、合理模量范围为1000～1400MPa。     

水泥混凝土路面半刚性基层的孔隙水压力特性

基于多孔介质弹性理论,运用ABAQUS有限元分析软件对水泥混凝土路面半刚性基层的孔隙水压力进行了数值模拟,计算了不同外部荷载和路面结构条件下的基层孔隙水压力分布规律。分析结果表明:在饱水状态下,基层孔隙水压力随面层厚度、面层模量、基层厚度与基层渗透系数的增大而减小,随基层模量的增大而增大,但面层和基层模量对孔隙水压力的影响不显著;孔隙水压力随交通荷载的增大而呈线性增大,在荷载相同时,荷载分布越密集,对基层孔隙水压力分布的影响越显著,加载模式只影响孔隙水压力的消散过程;孔隙水压力随行车速度的增大而增大,消散过程加快。     

复合式碾压混凝土路面荷载应力分析

采用ANSYS三维有限元分析技术,建立弹性地基上双层板三维路面结构模型,对复合式碾压混凝土路面结构进行了多种因素影响下的路面荷载应力分析,包括基层和面层的层间接触状况分析,临界荷位分析,碾压混凝土面层的模量和厚度、水泥稳定碎石基层的模量和厚度、以及路基的模量等因素对板底弯拉应力的影响分析,以试验路的荷载应力、温度应力理论计算以及回弹弯沉实测结果,作为路面典型结构的路用性能参考。     

冷再生基层路面结构力学响应影响因素分析

针对佛山官西线冷再生路面结构设计,采用有限元计算软件BISAR 3.0分析了原路当量回弹模量、沥青面层厚度、基层厚度和基层模量对冷再生路面结构力学性能的影响,以便为合理的冷再生路面结构设计提供参考.分析表明:原路面当量回弹模量直接决定改建后路面的使用性能;面层越厚,基层抗疲劳性能、路面抗车辙性能增强,路表弯沉减小;冷再...     

纤维格栅增强机场双层道面荷载应力分析

为了分析纤维格栅增强机场水泥混凝土双层道面加铺层的荷载应力,采用ANSYS建立机场双层道面三维有限元模型,以J-8飞机荷载为计算荷载,选取机场水泥混凝土道面加铺层层底最大拉应力、层间剪应力、旧水泥混凝土道面板底最大拉应力、加铺层表面弯沉为考察指标.计算了机场双层道面层间接触对荷载应力的影响,并利用正交设计分析机场道面结构参数对荷载应力影响的显著性.研究表明：层间摩擦系数对机场水泥混凝土加铺层层底拉应力与层间剪应力影响较大;机场水泥混凝土双层道面各结构参数对加铺层层底最大拉应力都显著相关,应该作为机场水泥混凝土加铺层设计的主要分析指标;加铺层厚度和基础弹性模量与所考察的4个指标都显著相关.因此,在进行机场水泥混凝土道面加铺层设计时,必须重视基础处理技术并合理控制加铺层厚度.