非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。     

动荷载作用下沥青路面动态响应研究

为了进一步明确动荷载作用下半刚性沥青路面的动态响应,通过模型计算,研究了轴重、速度和材料弹性模量等因素对各动态响应值的影响。结果表明,增大轴重会使基层顶部竖向应变、路表弯沉和面层底部横向剪应变等指标显著增大,会加速路面的破坏,因此实际中要控制重载和超载车辆比例;车速越大,各响应值越小,对沥青路面的破坏越小;增大下面层模量能显著减小面层弯拉应变,增大中面层模量能显著减小路表弯沉;增大基层模量能有效减小路表弯沉和基层顶部竖向压应变,但对面层的弯拉应变影响很小。     

车辆荷载作用下沥青路面力学响应影响分析

为研究车辆荷载作用下沥青路面结构的力学响应,依托实体工程,埋设应力应变传感器,分析轴重、车速等因素对沥青路面动力响应的影响。 研究发现,随着轴重的增加,底基层层底和下基层层底的纵向拉应变均显著增加。建立车辆行驶速度分别为18km/h、36km/h和58km/h时的下面层层底三向应变时程曲线,拟合得到沥青层层底竖向压应变、纵向拉应变与速度的幂函数。结果表明:无机结合料稳定层层底纵向拉应变与行驶速度呈现线性变化关系。     

考虑车辆动载及非线性接触的沥青路面响应

为研究车辆动载及轮胎-路面非线性接触状态下沥青路面动力响应,利用ABAQUS建立橡胶轮胎模型和车-路相互作用模型,采用中心差分法进行求解,并验证轮胎模型与车-路相互作用模型.结果表明:考虑橡胶轮胎的车-路相互作用模型可行;与集中力相比,车辆动载作用下,上面层轮迹线中点竖向应变增大39.17％;与无路面不平度相比,B级路面和C级路面作用下,悬架弹力分别增加3.36％、14.34％,上面层轮迹线中点竖向位移分别增加18.51％、59.76％;沥青面层竖向、纵向及横向均出现拉压交变:随路面深度增加,底基层及土基均出现纵向拉应变;最大纵向拉应变出现在土基;最大横向拉应变与最大横向压应变均出现在下面层.     

重载沥青路面基于实测荷载图式的轴载换算研究

为更准确地进行重载沥青路面轴载换算,调查了货车的轴重及胎压分布,发现了两者之间存在的对应关系．改变轴重和胎压测试了轮迹,轮胎接地压强和接地半径均随轴载的增加而增加,荷载中心距保持不变．测试了移动车辆的轮胎接地压强分布,发现在全轮迹范围内基本属于均匀分布．根据重载车辆轮迹及轮胎接地压强分布,得到了重载道路荷载作用图式．采用该图式,并充分考虑路面结构的非线性,推导出基于弯沉等效、弯拉等效和土基顶面压应变等效的轴载换算公式．     

大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥车桥耦合振动分析

大跨度窄加劲梁悬索桥竖向振动响应研究具有现实意义。基于动力平衡理论和有限元法建立车辆和桥梁的动力微分方程,采用空间三轴车辆模型,利用ANSYS软件编制车桥耦合振动程序进行计算。激振源为路面不平整度,利用车桥系统力与位移协调条件,应用Newmark-β法求解动力方程,分析不同车速、车重、路面等级工况下车辆荷载对大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥跨中竖向振动响应的影响。结果表明:车速和路面等级主要对竖向振动加速度响应有较大影响,而对竖向振动位移响应影响较小;竖向振动加速度响应随车速增大而增大,随路面等级降低而增大;随车重的增加竖向振动位移响应增加,而竖向振动加速度降低。     

移动荷载下就地热再生路面设计参数对动力响应的影响分析

为探究就地热再生沥青路面结构的真实受力状态,借助ABAQUS有限元软件,参考室内试验数据建立就地热再生沥青路面结构动力分析三维有限元模型,分析行车速度、车辆荷载、层间接触以及面层厚度对就地热再生沥青路面结构动力响应的影响规律。分析结果表明:总体上,车速越慢、车辆载重越大、层间粘结情况越差、面层厚度越薄,竖向位移、水平拉应力、最大剪应力的力学响应峰值越大,近似呈线性关系。分析结果可为就地热再生路面施工与养护提供参考。     

超载对沥青路面的影响

结合交通调查，利用先进的移动式轴重仪对干线公路进行了现场轴重测试，发现高速公路实际的重载化和超载现象比较严重，接触压力普遍超过0．7MPa。运用编写的相关的有限元程序，通过改变车辆荷栽的基本模型，分析了车辆荷载对路面结构的影响和荷载的不均匀性对路面使用性能的影响。结果表明面层的剪应力、基层与底基层底部的拉应力和路基顶部的压应力都随轴载的增加而增长，超载对沥青路面的早期破坏影响严重。     

行车荷载作用下路面结构动位移响应分析

为研究行车荷载作用下路面结构动位移响应规律，基于弹性层状体系理论建立路面结构有限元模型，将车辆随机动荷载作用在有限元模型上，通过改变路面结构层厚度与模量，研究了路面结构测试区竖向动位移变化规律，建立了测试区动位移峰值与路面结构层参数的数学模型，进一步揭示了路面结构动态响应问题. 计算结果表明:路面结构测试区动位移峰值随土基模量的增大而减少；土基模量对测试区动位移峰值影响最为敏感，两者的数学模型近似呈对数关系，测试区动位移峰与面层厚度和基层厚度近似呈线性关系，与底基层厚度近似呈对数关系；不同的面层模量、基层模量和底基层模量对应的测试区动位移曲线几乎重合，因此不是影响测试区动位移的主要影响因素. 研究结果为路面承载力检测提供了依据.      

倒装路面结构面层在移动荷载作用下的层底拉应力分析

利用ANSYS建立倒装路面结构在移动荷载作用下的有限元模型,研究超载对于倒装路面结构沥青面层疲劳寿命的影响。结果表明,在车辆荷载作用下,倒装结构沥青面层层底拉应力比半刚性路面大,在移动行车荷载作用下可达到0.17MPa;沥青面层层底拉应力随行车速度增加有小幅增加,增加幅度在15%以内;随荷载水平增加,倒装路面结构沥青面层层底拉应力呈线性增加,在超载100%时,沥青层层底拉应力为标准轴载情况下的1.7倍。     

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。     

车辆动载下路基土竖向动应力及扩散规律

推导了车辆动载作用下路基土中竖向动应力的求解方法,提出用速度系数来表征车辆动载下路基顶面产生的竖向动应力与车辆运行速度的关系,并模拟试验确定了速度系数的取值为0.105.原位监测试验表明:车辆动载在路基顶面产生的竖向动应力值约为0 ～16 kPa,大小与车辆载重及运行速度等因素有关.计算分析了5种类型车辆动载下路基土中...     

轮载与层间接触状态对沥青路面力学响应的影响

采用BISAR 3.0计算软件对不同轮载和层间接触状态下沥青路面路表弯沉、面-基层间正应力和剪应力、路基顶面压应变进行分析。结果表明,不同层间接触状态对路面结构力学响应的影响与轴载和胎压有很大关系,同时层间黏结作用的缺失和超载将大大增加车辙、拥包和推移出现的概率。     

基于三维数值模拟的铁路路基动力特性分析

为探讨列车轴重和运行速度对土质路基动力特性的影响,用ANSYS与FLAC3D软件对有砟轨道-路基系统进行了三维动力数值模拟,在模拟过程中,利用滞后阻尼实现了土体在循环动荷载下的非线性特性.用该方法对达成线循环加载试验段的路基进行建模计算,所得路基动应力与现场实测数据有很好的一致性.在荷载振动频率与客车运行速度的转换过程中,取相邻车厢两个转向架的间距为相邻两个动应力波峰之间的距离,在此基础上,探讨了客车运行速度对土质路基动力性质的影响.研究表明:列车轴重和运行速度对路基表面动应力影响较大,随着轴重的增加和速度的提高,路基表面动应力呈马鞍形分布的趋势愈加明显;动应力沿路基深度的衰减规律受车速的影响很小,不同车速下的动应力在基床表层内都衰减了42%~46%,再经过基床底层的扩散,衰减值达79%~82%.      

新疆砾石土低路堤动力特性

以新疆三岔口-莎车高速公路为依托, 基于标准轴载作用下单轮影响范围内的1∶1路基模型试验, 分析了车辆荷载下低路堤的动力特性; 考虑了绿洲区地基在服役期间不同的含水率状态, 根据一般道路设计标准, 将低路堤道路结构分为面层、基层、路基与地基四部分, 模拟了低路堤在不同荷载作用下的动力特性, 研究了动载峰值、频率与重复作用次数对低路堤动力特性的影响。研究结果表明: 不同加载方式下的竖向应力均随路基深度增大而迅速减小, 应力在距路基顶面0.8 m深度处均衰减了69.2%;静载和短时动载作用下各深度处的应力随荷载呈线性变化趋势, 应变则呈非线性变化趋势; 由于不同土层模量的差异, 使得应变在路基与地基中出现了明显的分层现象; 地基含水率的变化对低路堤动力特性的影响非常明显, 当地基含水率从18%增大到28%时, 地基顶面处的应变增大了1.8倍; 短时动载频率的增大对应力和应变的影响都很小, 当动载频率由1 Hz增大到5 Hz时, 路基与地基顶面处的应力分别减小了7%和9%;当静载、短时动载和长时动载的峰值为50 kN时, 短时动载峰值作用下路基与地基顶面处的应力和应变分别是静载作用的79%~95%和75%~95%, 而长时动载引起的路基与地基顶面处的应力和应变分别是静载作用的1.0~1.1倍和1.9~3.3倍。      

路基回弹模量对刚性路面疲劳寿命的影响分析

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立水泥混凝土路面结构体系三维有限元模型,针对2种路面结构形式和2种轴重的轴载作用,计算不同路基回弹模量下的路面结构响应,结合水泥混凝土疲劳方程,分析路基回弹模量对路面结构疲劳寿命的影响.结果表明,随着路基模量的增加,板底应力水平及变化率近似呈线性水平降低,而路面疲劳寿命与疲劳寿命折减率则呈现出较为明显的非线性变化,应力水平变化不大的条件将使得路面结构疲劳寿命产生显著影响;提高路基回弹模量在较高区间(40～60 kPa)将更加显著增大路面疲劳寿命,另外,增大轴载会使路面结构疲劳寿命显著降低.     

基于沥青路面结构力学行为的车辙深度控制标准

为了进一步规范沥青路面车辙深度的控制标准, 研究了车辙深度对路面结构的影响; 考虑车辙断面特征, 建立了车辆跨越车辙时的动荷载计算模型, 并以冲击系数量化了车辆对路面结构的冲击效应; 通过数值仿真研究了车辆荷载作用下路面结构的内部损伤, 探索了不同车辙深度下路面使用性能的衰减规律。研究结果表明: 车辙深度对路面结构的冲击效应不可忽视, 冲击系数随着车辙加深线性增加, 基于冲击效应的车辙深度应不大于11 mm; 沥青混合料层的最大拉应变位于上面层层底, 与车辙深度正相关, 中面层和下面层的拉应变与车辙深度负相关, 但应变水平显著低于上面层, 基于面层弯拉破坏的车辙深度应不大于15 mm; 最大剪应力出现在上面层层底, 随着车辙深度的增加缓慢增大; 车辙深度处于5~10 mm, 各面层的剪应力整体变化较小, 当其从10 mm增加到25 mm时, 上面层0~1 cm深度处的剪应力增加了14.5%, 增速明显超过中面层和下面层剪应力的减小速度, 基于面层剪切破坏的车辙深度应不大于10 mm; 车辙深度对无机结合料稳定层拉应力的影响不大; 车辙深度超过15 mm后应关注路基顶面压应变的变化, 防止路基出现大的变形。      

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。     

移动荷载作用下沥青路面动态响应三维有限元分析

我国新建道路沥青路面是以双轮组单轴载100 kN(BZZ-100)为标准轴载,采用双圆均布荷载作用下的多层弹性理论进行设计的,而汽车实际施加给路面的是移动荷载。通过建立半刚性基层路面的三维有限元分析模型,对汽车匀速行驶及制动情况下路面的动态响应进行了有限元分析,得出了荷载正下方不同深度处节点竖向位移、竖向压应力、水平应力、竖向剪应力及水平剪应力的时间历程曲线,并与静载作用下的计算结果进行了对比分析。     

重型车辆对路面的振动冲击荷载

通过建立车辆动力学模型,研究轴重、速度和胎压对车辆动荷载的影响,并得出有益结论,这对于路面早期病害的防治具有重要的参考价值.