典型沥青路面结构力学响应的有限元分析

采用有限元的方法构建三维沥青路面模型,研究3种典型基层沥青路面结构(半刚性基层、柔性基层和复合式基层)在车轮荷载作用下的竖向压应力、竖向压应变、剪应力和弯拉应力等的力学响应。研究结果表明：半刚性基层沥青路面的承载能力强、变形小,但其基层和底基层层底的弯拉应力较大;柔性基层沥青路面的最大剪应力较小,但整体变形较大;复合式基层沥青路面由于铺设了柔性过渡层,力学响应介于两者之间,有较大的力学优势。     

典型沥青路面结构的力学响应对比分析

针对半刚性基层沥青路面、柔性基层沥青路面和复合式基层沥青路面三种国内典型路面结构,采用有限元分析软件建立仿真模型,模拟计算沥青路面拉应力、拉应变及剪应力等力学参数,对比分析三种路面结构在相同荷载及边界条件作用下的力学响应。通过对比分析可知:半刚性基层沥青路面竖向承载能力强,基、面层相接处受力不利;柔性基层沥青路面,基、面层共同承担外荷载,路面整体受力均匀,但变形较大;复合式基层沥青路面设置了柔性过渡层,综合了其他两种路面结构的特点,具有更广泛的适用性。     

轮载作用下典型沥青路面结构力学行为分析

为分析比较半刚性基层、倒装式和组合式3种典型沥青路面结构受轮载作用的力学行为,依托成德南高速公路沥青路面工程试验段,在与贝克曼梁路表静态弯沉测试值对比的基础上,开展了基于弹性层状体系理论的静力学分析.现场选取3个断面,通过预埋沥青应变计测试了不同轴重、不同车速条件下的车辆移动轮载动力响应.研究结果表明:沥青路面更易出现横向疲劳开裂;倒装式沥青路面面层层底行车方向及横断面方向拉应变峰值分别对应为组合式沥青路面的1.24倍和1.30倍,为半刚性基层沥青路面的2.37倍和2.67倍;路面结构厚度相同的情况下,半刚性基层沥青路面在减少沥青面层本身的疲劳开裂和永久变形方面优势较强,组合式沥青路面与半刚性基层沥青路面受力情况接近,可部分替代半刚性基层沥青路面;倒装式沥青路面轴重敏感度为3种路面结构中最小,但宜适当增加沥青面层或沥青稳定碎石基层厚度以改善其受力状况,并应严格控制沥青稳定碎石基层拉应力,以减少倒装式沥青路面和组合式沥青路面疲劳破坏.     

半刚性与柔性基层沥青路面重载适应性对比分析

以路面力学APBI程序为计算工具,对重载车辆荷载作用下的半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面进行力学响应对比分析,研究路表弯沉、路面结构各层次（包括路表、面层、基层、底基层）的力学特性。结果表明,半刚性路面与柔性路面的重载适应性存在明显差异。通过对半刚性基层与柔性基层结构的合理优化组合,实现两种路面结构的优势互补。     

耦合场下吐鲁番半刚性沥青路面三维有限元分析

基于吐鲁番地区半刚性沥青路面车辙和横向裂缝病害严重的问题,对耦合场下的半刚性沥青路面进行力学响应量的分析。利用ANSYS软件对半刚性沥青路面结构建立三维有限元模型,在施加太阳辐射等温度荷载的同时施加车辆荷载,研究吐鲁番地区半刚性沥青路面在耦合场下的力学响应量,为吐鲁番地区半刚性沥青路面结构组合设计提供一些建议。分析结果表明:沥青面层厚度对沥青层最大剪应力和半刚性基层最大拉应力有着明显的影响,并建议吐鲁番地区沥青面层厚度取值为16~18 cm;沥青层最大剪应力和半刚性基层最大拉应力在7~13点,分别增加了4.5%和5.8%。     

层间接触条件对复合式基层路面结构的力学影响

对复合式基层沥青路面在不同层间接触条件下的力学响应分布进行比较和分析,结果表明：当层间接触条件由完全光滑变为完全连续时,复合式基层沥青路面的力学响应分布发生明显变化;相比层间光滑条件,层间连续条件下复合式基层路面具有较明显的力学优势。     

典型结构形式沥青路面疲劳寿命对比

为了丰富广东省路面结构形式的多样化发展,文中依托广河高速惠州段柔性路面结构形式,对比分析柔性与半刚性基层力学响应,并进行了永久变形量和疲劳寿命的比较。结果表明:相比于典型的半刚性基层沥青路面而言,柔性基层路表弯沉、沥青层底拉应变、土基顶面压应变更大;柔性基层沥青路面疲劳寿命优于半刚性基层,但其沥青层永久变形量较大,早期病害中车辙出现的概率较高。结果可为柔性路面结构在其他项目的应用提供参考和借鉴,同时也可为柔性路面营运期的养护提供思路。     

隧道内半刚性基层沥青路面有限元模型建立研究

为了完成对半刚性基层沥青路面的数值模拟研究， 文章通过建立隧道半刚性基层沥青路面有限元模型， 将有限元计算结果与 BISAR3. 0 的结果进行比较， 以研究隧道半刚性基层沥青路面有限元模型的建立。 得出以下结论： 通过比较分析 ABAQUS 与 BISAR3. 0 的计算结果， 验证了本文采用模型的正确性； 当隧道半刚性基层沥青路面三维有限元模型取路面宽 W 为 3.5 米时， 与 BISAR 算出来的结果吻合度较高。 因此， 在对半刚性基层沥青路面进行数值模拟分析时， 有限元模型取路面宽度应当取 W= 3. 5m； 计算路面结构的应力应变响应及疲劳寿命时， 要对半刚性基层进行贯通裂缝预设。 对称荷载的应力、 应变响应均小于偏载， 计算出的疲劳寿命也明显小于偏载情况， 建立的隧道半刚性基层沥青路面有限元模型应该采用偏载模式加载。     

连续配筋混凝土复合式路面受荷响应分析

为研究G1503上海同三段不同类型连续配筋复合式路面结构在标准轴载及不同沥青层厚度下受荷响应特征及力学指标变化规律,进行了大量有限元三维仿真建模分析。研究结果表明,标准轴载作用下连续配筋复合式路面各力学指标明显优于半刚性基层沥青路面;底基层强度及路基处治差异会对路表最大弯沉及沥青层层底拉应力产生明显影响,但沥青层与连续配筋混凝土层的层间剪切力受其影响较小;各项力学指标均受沥青层厚度影响显著,说明对于连续配筋复合式路面结构将沥青层控制在合理范围可有效避免车辙、层间滑移等病害的发生。研究工作可为该种路面结构设计、应用及后续养护维修工作提供数据支撑和理论基础。     

半刚性基层与柔性基层对超载的力学响应对比分析

根据弹性层状体系理论,以BISAR 3.0软件为计算工具,分别计算出半刚性基层和柔性基层沥青路面在0.7MPa、0.84MPa、1.0MPa的轴载作用下的力学响应,分析出不同荷载作用下的半刚性基层和柔性基层的路表弯沉、面层和基层的受力状况,对半刚性基层和柔性基层的疲劳性能进行总结。通过分析认为：在特定的超载水平下,半刚性基层更能适应交通荷载的超载情况。