考虑层间状态的沥青面层动应变疲劳数值分析

为确定沥青层疲劳寿命与层间接触状态、温度和轴载荷等因素之间的关系,运用ABAQUS有限元软件,建立了考虑层间状态的沥青路面结构数值计算模型,分析了这些因素对沥青层底动应变的影响规律;通过引入常用的沥青路面疲劳寿命模型,构建了适用于半刚性沥青路面的沥青层或超薄路面的沥青层在多因素作用下的疲劳方程一般表达式,确立了沥青层疲劳寿命与各影响因素间的作用关系及其最不利点位.研究结果表明:层间结合系数、温度、轴载荷均对沥青面层疲劳寿命具有明显影响,且分析点位不同,影响程度不同;加强层间粘结能显著提高沥青面层疲劳寿命,在最不利分析点位处,当层间结合系数由0.5增大到0.7时,疲劳寿命提高13.6倍.      

基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法

分析了沥青路面产生永久变形的主要影响因素,采用"分层分区叠加思想",建立了考虑车辆重复荷载、路面材料特性及温度条件等因素综合作用的沥青路面永久变形预估方法,研究了预估模型中参数的确定方法。推导了重复荷载作用下沥青混合料的黏弹性本构模型,结合三轴重复加载试验数据研究了沥青路面各结构亚层沥青混凝土的蠕变柔量的拟合方法;通过对试验路温度进行实测,确定了年各代表温度区间内标准轴载作用次数;采用有限元方法分析了不同温度条件下沥青路面结构各亚层偏应力分布;最后运用该预估方法对綦万高速公路沥青路面的永久变形量进行了计算。结果表明:计算值和实测值基本吻合,建立的预估方法具有较高的计算精度,能够较精确地模拟沥青路面的变形规律。     

寒区沥青路面服役性能Ⅱ:疲劳寿命预估模型

低温及冻融作用下的沥青混凝土开裂是道路工程中寒区沥青路面的主要病害形式之一。为量化寒区状态下这两类病害演化的影响，开展基于冻融分区下寒区沥青路面疲劳寿命预估模型的研究。首先，建立沥青混合料冻融损伤疲劳寿命衰变模型；然后，基于热量和降水指标进行冻融环境量化分区，根据损伤等效原则建立室内外冻融次数对应关系；最后，基于沥青混合料冻融损伤疲劳寿命衰变模型和室内外冻融次数对应关系，提出不同地区考虑冻融作用的调整系数计算方法。结果表明：对于不同地区，考虑冻结指数和考虑冻融的调整系数相对误差在20%以内；对于冻融频繁但低温不严重的地区，应当综合选取考虑冻结指数和考虑冻融的调整系数，以提高沥青混合料层疲劳寿命预估精度。研究结果可为寒区沥青路面疲劳寿命预估提供参考。     

基于路面加速加载的沥青路面疲劳损伤预估模型标定方法

为提高工程应用中沥青路面疲劳损伤预估模型的可靠性，提出了一种结合小型试件试验与足尺路面加速加载试验的模型标定方法；基于路面疲劳损伤发展特征分析，提出采用非线性增量递归法的沥青路面累积疲劳损伤分析方法，适用于疲劳损伤预估模型由小尺寸试验向足尺试验条件的转移与外推；基于小尺寸试件试验疲劳寿命预估模型构建了足尺沥青混合料层疲劳损伤预估模型，利用疲劳寿命预估模型转移方程实现足尺路面加速加载条件下的疲劳损伤预估；为确定模型转移方程，提出了基于路面加速加载试验的疲劳损伤标定方程，推导了疲劳损伤预估模型待定系数标定方法；利用重型荷载模拟器实施了级配碎石组合式基层沥青路面足尺试验路段加速加载试验，结合路面钻芯试样动态模量与四点弯曲疲劳试验，标定和验证了沥青混合料层的疲劳损伤预估模型。研究结果表明：非线性增量递归法可考虑材料非线性、性能衰减和加载历史对结构层疲劳损伤累积的影响，符合实际路面疲劳损伤发展规律；利用标定确立的疲劳损伤预估模型可以预测试验路不同加载区间沥青混合料层的累积疲劳损伤，50%和90%的预测值相对实测结果的误差分别小于3.1%和20.0%,表明该预估模型具有一定可靠性；提出的模型标定方...     

基于使用性能的公路沥青路面多指标分析与结构计算研究

研究了基于路面使用性能构建多指标设计体系的必要性,深入分析了沥青路面疲劳开裂、变形及其他不同损坏类型的产生机理与结构设计的关系,阐述了车辆荷载作用下路面各结构层的受力状态和材料性能要求,建立了控制沥青层和无机结合料半刚性基层底疲劳开裂、沥青混合料层永久变形以及沥青面层低温开裂等病害的设计指标和标准。针对我国常用的半刚性基层沥青路面在结构计算时提出相应的验算公式,并以新疆地区某二级公路为例进行多指标设计实际应用。     

考虑横观各向同性疲劳损伤的沥青路面数值模型

为研究车辆荷载作用下沥青路面的疲劳损伤问题,假定路面结构内受拉区的疲劳损伤横观各向同性,推导了沥青路面考虑横观各向同性疲劳损伤的本构方程.采用FORTRAN语言开发了材料子程序UMAT,结合有限元分析软件ABAQUS,得到了沥青路面的横观各向同性疲劳损伤数值分析模型.通过对该模型在不同荷载下的疲劳寿命分析,建立了荷载-疲劳寿命曲线,与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性,并分析了损伤度及水平拉应力在路面结构内的分布规律.研究结果表明:疲劳损伤主要分布在基层底面双轮中心线附近,该位置最先产生疲劳裂纹,随着荷载作用次数增加,受损区水平拉应力在减小的同时,分布规律也发生了很大的改变,其最大值位置沿道路竖向从基层底面向上移动,沿道路横向从双轮中心线位置往两侧移动;本文方法得到的路面疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差在4.57%~9.82%之间.      

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%。     

甘肃半刚性沥青路面结构的温度场及温度应力三维有限元分析

基于甘肃地区半刚性基层沥青路面横向裂缝严重的现状,对该地区半刚性基层沥青路面温度场以及温度应力进行分析;借助ANSYS有限元软件,对甘肃地区常见的半刚性基层沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加气温和太阳辐射等热荷载,求解得出甘肃半刚性基层沥青路面温度场以及温度应力的变化规律,为甘肃地区半刚性基层沥青路面结构的设计提供一些参考意见。结果表明:沥青面层厚度的变化对沥青路面温度场和温度应力的影响较大;沥青层顶和层底的温度差随着面层厚度增加逐渐增大,而沥青层温度分布梯度随着面层厚度的增加逐渐减小;沥青面层越厚,沥青层上半部分温度应力扩散得越快,沥青层下半部分温度应力扩散得越慢。     

层间状态对沥青路面力学性能与疲劳寿命影响研究

层间结合状态是影响沥青路面力学性能与使用性能的重要因素。鉴于目前我国沥青路面设计规范中层间完全连续且不产生相对滑移假定的缺陷,采用BISAR3.0软件中的简化剪切弹性柔量ALK来描述层间结合状态,并以水平荷载和竖向荷载共同作用作为加载方式,得到相应的沥青路面力学响应,同时对沥青路面疲劳寿命进行预估。结果表明:层间结合状态的退化对沥青层底弯拉应力、弯拉应变与剪应力影响较大,而对路表弯沉影响较小;层间结合的弱化对沥青路面疲劳寿命影响显著。     

加速加载条件下沥青路面疲劳破坏分析

建立沥青路面有限元模型,按照我国沥青路面设计规范对所建模型施加1次标准荷载进行静力分析,然后施加200万次的循环标准荷载,进行疲劳破坏分析。模拟结果表明,在仅考虑载荷作用时,沥青路面疲劳破坏首先发生在轮迹中心处,然后向两侧扩展。     

刚性基层长寿命沥青路面抗反射裂缝力学分析

刚性基层长寿命沥青路面沥青层底部的反射裂缝,是由水泥混凝土板接缝处应力集中导致沥青面层底部应力过大引起的。应用Abaqus有限元软件计算车辆荷载作用下沥青层底部接缝处的应力状态,分析了应力吸收层类型、车辆轴载、接缝宽度、沥青面层厚度与模量、水泥混凝土基层厚度与模量、基础模量等因素对延缓反射裂缝的影响。     

不同非均布荷载下的沥青路面力学响应及疲劳寿命分析

为了分析超载对半刚性基层沥青路面的力学响应及疲劳寿命的影响,通过三维有限元软件ANSYS,建立非均布荷载作用下的三维有限元模型,对比分析单轴10 t、15 t、20 t、25 t四个轴重下的力学响应及疲劳寿命结果。四个不同轴载作用下的结果表明:随着荷载的增加,路表弯沉、沥青层底压应力、基层及底基层底拉应力、土基顶面压应变均呈现线性增长趋势,而沥青层底拉应变随着荷载增加而减小;超载作用下,沥青路面疲劳寿命呈现指数下降趋势。     

沥青混合料有效温度的计算和应用

笔者从沥青路面的疲劳开裂和车辙两大病害出发,分析了温度对沥青混合料和沥青路面设计的影响,并以沥青混合料疲劳和车辙试验为基础,以陕西省的气候温度状况为例,按照损伤等效原则计算出陕西省典型地区的沥青路面疲劳和车辙有效温度,为沥青路面设计提供参考.     

隔离层对贫混凝土基层水泥混凝土路面结构力学性能的影响

结合清连路现场试验测定的基本参数,运用考虑层间接触模型的三维有限元方法,重点分析了车辆和温度荷载作用下,不同隔离层下贫混凝土基层水泥混凝土路面结构主要指标的变化规律．分析结果表明,隔离效果越好,车辆荷载作用下路面受力状态越不利;与车辆荷载情况相反,即隔离效果越好,温度荷载作用下路面受力状态越有利;超载使各结构层主要力学指标值都明显增大,是造成路面早期损坏的主要原因之一;通过比较,发现有限元方法与规范方法计算得到温度应力差值较小,验证了利用有限元方法计算温度应力的可行性．     

沥青混合料有效温度的计算和应用

笔者从沥青路面的疲劳开裂和车辙两大病害出发，分析了温度对沥青混合料和沥青路面设计的影响，并以沥青混合料疲劳和车辙试验为基础，以陕西省的气候温度状况为例，按照损伤等效原则计算出陕西省典型地区的沥青路面疲劳和车辙有效温度，为沥青路面设计提供参考．     

公路路面结构寿命研究

现行路面结构设计及材料组成设计对交通荷载增长及环境气候变化等影响因素考虑不够,针对这一问题,分析了沥青、沥青混合料、沥青路面层间联结强度等对沥青路面疲劳寿命的影响作用,及对路面结构设计和材料组成设计的影响作用,并提出了解决的途径。研究为路面结构分析设计提出了一个新的思路。     

富水条件下沥青混凝土疲劳性能试验研究

根据厚沥青面层自身的受力特点,采用应力控制模式对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混凝土进行无水和富水条件下间接拉伸疲劳试验,得到不同应力水平作用下的疲劳试验结果,回归建立了应力-疲劳方程,并从疲劳寿命、疲劳方程特征参数、疲劳破坏形态等方面分析了水对沥青混凝土疲劳性能的影响.研究结果表明,在相同的应力水平作用下,富水沥青混凝土疲劳寿命仅约为无水沥青混凝土的24%～30%;沥青混凝土的应力水平与疲劳寿命在双对数坐标中呈现较好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;富水状态下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,充分证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土富水状态的合理性.     

高速公路沥青路面的室内试验分析及现场钻取芯

高速公路沥青路面的车辙是路面病害中最主要的一种,文章通过对某段高速公路的沥青路面进行了现场钻取芯取样以及室内试验分析,研究了沥青路面产生故障的原因。调查试验结果显示:沥青软化点低、沥青用量大、沥青混合配比不合理是产生车辙等内因;路面的现场调查显示:车辆超载、纵坡大、转弯半径小、外界温度高以及周边环境对沥青路面的综合影响等外因。因此,想要防止沥青路面产生车辙,不仅应该考虑原料与配比,还应该严格的控制车速、车载、车流量与周边环境的影响。     

基于动态模量的沥青路面力学响应分析

实测了某柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量,利用时间-温度转化原理得到了各自的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,并结合路面结构内的实测温度和较成熟的荷载频率预测方法,分析了路面结构内温度和荷载频率的变化对沥青混凝土力学参数的影响。在此基础上进行了基于动态模量的沥青路面力学响应分析,并将分析结果与采用我国规范中的抗压回弹模量得到的结果进行了比较分析。采用动态模量的方法可以考虑路面结构内温度和荷载频率对路面力学响应的影响,从而使分析结果更加科学合理。     

基于动态模量的沥青路面力学响应分析

实测了某柔性基层沥青路面试验段各层沥青混合料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量,利用时间-温度转化原理得到了各自的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,并结合路面结构内的实测温度和较成熟的荷载频率预测方法,分析了路面结构内温度和荷载频率的变化对沥青混凝土力学参数的影响。在此基础上进行了基于动态模量的沥青路面力学响应分析,并将分析结果与采用我国规范中的抗压回弹模量得到的结果进行了比较分析。采用动态模量的方法可以考虑路面结构内温度和荷载频率对路面力学响应的影响,从而使分析结果更加科学合理。