倒装式级配碎石层厚度对沥青路面设计指标的影响研究

大量的研究表明,柔性基层具有水稳定性好、承载力优良、施工方便等诸多优点。依托实体工程,分别采用ABAQUS和BISAR对5种厚度的级配碎石半刚性基层过渡层的路面结构进行分析计算,分析沥青层底拉应力设计弯沉两个设计指标与级配碎石和模量的关系。研究表明：随着级配碎石厚度的增加,沥青面层拉应力与设计弯沉均呈上升趋势。增加级配碎石模量有助于改善受力状况。作为半刚性基层过渡层,级配碎石层厚度应控制在15 cm内,其模量应大于400 MPa。     

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.     

高速公路改扩建工程路面加铺结构层力学响应分析

依托昌九高速公路改扩建工程,针对高速公路改扩建工程中路面加铺结构层后力学响应特征进行了分析,结果表明:加铺结构层搭接宽度为60 cm时,加铺结构层后路面结构内部受力状态较优;水稳碎石层厚度变化对加铺结构层力学指标影响比沥青稳定碎石层厚度变化影响更大;水稳碎石层模量变化对加铺水稳碎石层层底拉应力、原路面层底拉应力和拉应变的影响相对较大,而沥青稳定碎石层模量变化对其它指标的影响相对较大;随着轴载的增大,各力学指标呈线性增长趋势。     

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%。     

级配碎石层结构应力影响因素分析

基于弹性层状体系理论,研究了级配碎石三向应力水平随半刚性基层厚度、级配碎石层厚度、沥青层厚度、路面基础模量、半刚性基层模量、级配碎石模量和沥青模量等参数的变化规律,继而推荐了各影响参数的合理取值,为级配碎石结构应力分析、模量取值和旧路加铺改建设计等提供依据。     

冷再生沥青结构中残留层对路面结构的影响

根据冷再生层厚度以及不同的残留层厚度和模量,建立路面结构力学模型,利用有限元软件对路面结构进行计算,得到残留层厚度和模量的变化与冷再生层层底拉应力的变化规律,分析了残留基层厚度对路面结构的影响.     

级配碎石基层沥青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路面结构层位功能,就沥青面层厚度、级配碎石基层厚度和模量三个路面结构参数对级配碎石柔性基层沥青路面非线性力学响应进行分析,结果表明：随着面层厚度增大,基层最大剪应力降低,且面层厚度为9cm时面层剪应力最不利,面层厚度为12cm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30cm时,面层剪应力、层底拉应力均出现最小值;随着基层模量的增大,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.     

路面结构参数对拓宽道路附加应力的影响

应用有限元程序,将路堤顶面的差异沉降作为位移约束条件直接施加到路面结构底部,建立了差异沉降下路面结构应力的计算模型.分析了路面结构参数变化对拓宽道路的影响,并采用正交设计法进行了结构层参数变化的敏感性分析.结果表明,路面各层附加应力随着不同结构层厚度和模量的增大而有相应地增大或减小,对基层底附加拉应力而言,基层厚度和模量的变化对其影响最大.对不同的路面结构层底附加应力,各因素影响显著性程度不一样.     

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。     

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。     

移动恒载下设置隔裂夹层的复合式路面动力响应分析

级配碎石防反技术具有较好地防止"白改黑"路面反射裂缝的作用。将微黏结级配碎石引用到"白改黑"加铺结构中,通过建立ABAQUS三维有限元加铺结构模型,并采用黏弹性人工边界,分析了移动恒载作用下设置隔裂夹层的复合式路面动力响应。分析表明:设置微黏结级配碎石夹层可以显著减弱沥青加铺面层的动力响应;根据接缝处面层层底最大主应力与最大剪应力变化规律,建议设置夹层的沥青加铺厚度宜为15 cm;将夹层置于具有一定刚度的下卧层之上,更能发挥其隔裂效果;夹层模量在一定程度上影响着沥青加铺面层的动力响应特性,并且存在着一个最佳模量范围,约在584 MPa左右,使得面层的剪应力达到最小;夹层厚度对沥青加铺面层层底剪应力影响不大,建议夹层厚度设计在15 cm左右。     

复合碾压混凝土路面温度应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,建立了弹性地基上由碾压混凝土面层和水泥稳定碎石基层双层板三维路面结构模型;分析了复合碾压混凝土路面在温度曲线分布情况下的温度翘曲应力,包括曲线温度场,不同时刻,层间接触状态,碾压混凝土面层厚度、温度膨胀系数、模量和板平面尺寸等影响因素。分析结果表明:曲线温度场下的温度应力明显低于折线性温度场下的温度应力;随着板厚的增加,出现最大温度应力的时间推迟;层间接触状态对温度应力的影响不显著;面层厚度、温度膨胀系数及模量对温度应力的影响较显著。     

半填半挖路基对路面结构响应的影响研究

针对半填半挖式路基对柔性路面和半刚性路面结构的影响,文章建立了平面应变有限元响应模型,研究了不同差异沉降下路面结构的附加应力分布情况,建议使用柔性基层或设置级配碎石底基层以减小基层层底的附加应力;对于半刚性基层沥青路面,建议减小基层的厚度和模量。     

分层梯度模量微沥青级配碎石对倒装式路面结构的影响

利用ABAQUS有限元软件,建立倒装式沥青路面结构模型,研究了多轴载情况下级配碎石横观各向同性特征对路面结构的影响,并通过设置分层梯度模量的微沥青级配碎石对倒装式路面结构进行结构优化。研究表明:级配碎石横观各向同性特征明显影响着倒装式路面结构的内部应力与应变,影响到路面的使用寿命,在实际工程中不可以忽略;设置分层梯度模量的微沥青级配碎石层可减少层间的模量比、形成缓冲区,以缓解级配碎石横观各向同性特征所带来的影响,尤其在重载交通条件下,设置逆向梯度模量的微沥青级配碎石后,其路用关键性指标可减小20%以上。     

基于APT试验的半刚性基层沥青路面动力响应分析

通过足尺试验路加速加载试验研究半刚性基层沥青路面的动力响应,为路面性能预估及结构设计提供依据。通过修筑水泥稳定碎石基层和二灰稳定碎石基层2种结构APT试验路,埋设水平应变仪、竖向压应力传感器和温度传感器,实时采集路面结构动应力、应变、弯沉和路面温度场,分析温度与结构动应变、应力响应的关系,开展基于FWD弯沉盆的路面结构层模量和力学响应计算分析。研究结果表明,半刚性基层层底拉应变受温度影响较小,半刚性基层厚度对结构弯沉影响较大;半刚性基层厚度越小,其模量衰减越快;随重复荷载作用,半刚性基层层底拉应变响应先较快增加而后缓慢减小;在路面使用初期(2 560万次标准轴载),半刚性基层结构模量衰减较慢,当轮载作用1亿次标准轴载累计当量轴次时,半刚性基层模量约衰减55%。     

结构层参数对SAMI-R防反射裂缝影响有限元分析

水泥稳定碎石基层在我国沥青路面中普遍采用,但因其自身特点容易产生干、温缩裂缝,且裂缝会在荷载和温度的共同作用下反射至路表,从而影响路面的使用性能.通过在基层和面层之间设置橡胶沥青应力吸收层(SAMI-R)是工程中采用较多且行之有效的防反射裂缝方式.采用大型通用软件ABAQUS进行了路面结构的力学分析,得出SAMI-R层厚度增加对防反射裂缝效果不利,适当增加模量有利,厚度的影响要比模量显著;增加面层厚度和模量有利于控制剪切型反射裂缝扩展,但增加到一定程度后面层底将由受压变成受拉,不利于疲劳开裂的控制;增加基层厚度和模量不利于反射裂缝扩展的控制,但影响较小.     

旧水泥混凝土路面加铺层反射裂缝力学分析

采用断裂力学有限元的方法对旧水泥路面加铺密级配沥青碎石基层的路面结构进行分析,分析结果表明,增加沥青层厚度、提高沥青碎石基层的回弹模量均能有效地防止沥青路面反射裂缝的产生,建议在实际工程中可采用这两种方法,以减少路面反射裂缝的产生。     

级配碎石夹层沥青路面结构的路面断裂分析

基于断裂力学,采用有限元程序,对两种级配碎石夹层沥青路面结构和常规半刚性基层沥青路面结构的断裂进行了对比分析。结果表明,设置（厚度和层位）适宜的级配碎石层可以起到延缓路面开裂的良好效果。同时在研究分析的基础上确定了适宜的底基层模量和厚度。     

柔性路面级配碎石基层弹性模量取值研究

级配碎石材料具有显著的非线性特点,因此级配碎石弹性模量取值需考虑路面结构参数的影响.本文采用正交方法对影响柔性路面级配碎石基层应力状态的路面结构参数进行了分析,认为沥青面层厚度和土基模量是影响级配碎石基层弹性模量的主要因素.通过多元非线性回归分析,建立路面参数与级配碎石弹性模量的关系,提出了级配碎石基层弹性模量计算公式,较目前的经验取值方法更合理.     

基层设计参数对路面结构力学性能的影响研究

以路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力为考核指标,以基层厚度、模量和底基层模量为考核因素,采用正交方法进行路面结构组合设计。针对每种路面组合结构,利用有限元软件建立模型进行力学计算并得出结论：基层厚度越大,路面力学性能越好;三个因素对路表弯沉和基层层底拉应力的影响排序为基层厚度〉基层模量〉底基层模量,对底基层层底拉应力的影响排序为基层厚度〉底基层模量〉基层模量。经综合考虑可得到每个设计参数的最优取值。