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。     

车辆荷载作用下钢-混组合桥面系的疲劳损伤

针对钢-混组合桥面系在车辆荷载作用下的疲劳失效特点,以某大跨度钢-混组合桥面系悬索桥为工程背景,建立了钢-混组合桥面系的有限元模型。基于等效疲劳损伤原理,对某长江公路大桥24h实测交通荷载数据进行计算,得到了7类典型车辆荷载模型及其频值谱。将得到的7类典型车辆荷载分别加载到有限元模型中进行计算,提取关注点的应力时程曲线。用MATLAB编制了雨流计数法程序,对应力时程数据进行处理,得到了该关注点的应力幅及循环次数。参照英国BS5400规范,对该点进行了疲劳损伤计算。研究结果表明:该疲劳点在实测车辆荷载谱作用下的应力-时程曲线呈双峰和多峰的分布形式;其最大应力幅较BS5400规范规定的常幅疲劳极限偏大;关注点的疲劳寿命比设计的低,车辆动荷载对该关注点疲劳性能的影响明显,在钢-混组合桥面系抗疲劳设计中应予以考虑。     

基于足尺加速加载试验的地震波模量变化规律

为了解沥青路面的模量衰变特性,基于行车荷载模拟系统(MLS66),在实际路面上进行了足尺加速加载试验;并使用便携式路面分析仪(PSPA),对试验区域的地震波模量进行了测量。试验结果表明：沥青路面的地震波模量与荷载作用次数的关系曲线呈现3个阶段(①模量-荷载作用次数呈线性关系;②出现加速衰减;③趋于稳定)。荷载的间歇作用有利于地震波模量的恢复,间歇时间越长,模量恢复百分比越高,但恢复速率降低。模量衰减不限于加速加载区域,对加速加载方向前、后的影响要大于两侧的。得出了沥青路面模量的衰变规律。在常温状态下,地震波模量与路面性能在荷载作用下具有一致性。     

层间弱结合程度及其范围对沥青面层应力的影响

为了深入研究基-面层层间结合状态对半刚性基层沥青路面反射裂缝的影响,采用Ansys,开展了二维有限元计算。以接触对长度和摩擦系数分别表征层间弱结合范围和结合程度,分析了不同荷载条件下基-面不同层间接触条件对沥青下面层层底拉应力和剪应力的影响,提出了竖向对称荷载、竖向偏载、水平力及温度应力单独作用时适宜的层间结合条件。研究结果表明:竖向对称荷载和水平荷载单独作用或两者联合作用下,基-面层层间结合得越紧密,其弱结合范围越小,对路面结构越有利;竖向偏载和温度应力单独作用或两者联合作用下,基-面层层间结合越弱,对路面结构越有利;除了频繁出现水平力或者水平力较大路段以外,没有必要要求半刚性基层沥青路面的基-面层层间处于完全连续状态,但需要相关试验和工程进行进一步的验证。     

沥青路面结构内荷载频率分布与变化规律的研究

对一柔性基层沥青路面段各层沥青混合料在不同温度和荷载作用频率下进行了动态模量试验,根据试验结果形成了各混合料的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,并通过埋设传感器实测了路面结构内的温度场,利用等效路面厚度法对路面结构内不同深度荷载作用频率和应力峰值个数随车速、轴载类型和路面温度场的变化规律进行了分析.     

基于碾压混凝土基层的沥青路面荷载、温度应力影响分析

运用有限元法对碾压混凝土基层沥青路面结构建立三维有限元模型;通过对碾压混凝土基层沥青路面临界荷载位的分析,确定了碾压混凝土板的临界荷载作用位置;分析了碾压混凝土基层在不同参数条件下临界荷载位置处的荷载应力和温度应力,结果表明:随碾压混凝土层厚度、沥青面层厚度、下基层厚度、板底综合模量的增大,碾压混凝土板底应力逐渐减小;并提出了温度应力的计算公式及温度翘曲应力系数Cx的取值范围。     

沥青路面超载作用下力学性能敏感性分析

在不同荷载条件下变化沥青路面结构层的模量,找出沥青路面在超载作用下随结构参数变化路表弯沉、面层拉应力、基层拉应力、底基层拉应力和土基顶面压应变等力学性能及路用性能的变化规律,针对超载作用下的沥青路面要合理控制各结构层之间的模量关系,同时提高土基模量.为超载作用下沥青路面设计、施工提供理论依据.     

沥青路面超载作用下力学性能敏感性分析

在不同荷载条件下变化沥青路面结构层的模量,找出沥青路面在超载作用下随结构参数变化路表弯沉、面层拉应力、基层拉应力、底基层拉应力和土基顶面压应变等力学性能及路用性能的变化规律,针对超载作用下的沥青路面要合理控制各结构层之间的模量关系,同时提高土基模量.为超载作用下沥青路面设计、施工提供理论依据.     

不同荷载作用下半刚性沥青路面力学响应规律

基于半刚性基层路面典型结构建立三维力学模型,综合考虑常载、常载+刹车、超载和超载+刹车4种组合荷载,采用双轮最不利矩形接触面形式,并运用特征路径分析方式,数值模拟了路表及深层内力学响应规律。结果表明:刹车对路表弯沉和路基顶面压应变影响较小,超载影响显著;刹车主要对面层弯拉应力影响较大,并使上面层出现较大拉应力,对基层基本无影响,超载使基层弯拉应力增大显著;超载和刹车对剪应力峰值增大明显,特别是刹车使剪应力增大极其显著;在不同荷载作用下,从路表沿深度方向力学响应峰值位置会发生变化,在进行沥青路面结构设计和力学分析时应取相应位置处的值作为力学控制指标。     

基于动态模量的多种沥青路面力学响应分析

为分析荷载作用下不同类型沥青路面的受力特点,选取半刚性基层、柔性基层、复合式基层、倒装结构、再生基层五类典型沥青路面结构,采用壳牌设计软件BISAR3.0,基于动态模量等参数进行力学响应及疲劳特性分析.结果 表明:整体上,复合式基层沥青路面各项力学响应具有明显优势,且整体疲劳寿命最好;半刚性基层沥青路面优缺点明显;路面...     

动载作用下沥青路面车辙三维有限元分析

针对沥青路面纵坡路段的车辙问题,采用矩形波动荷载加载,利用三维有限元数值法对重载,慢速及高温条件下路面各结构层竖向位移和竖向应力分布规律进行分析。结果表明：荷载越大、车速越慢、温度越高,沥青路面结构的竖向位移及竖向应力越大．沥青路面纵坡路段车辙越容易形成。     

沥青混合料高温稳定性分析与技术研究

高等级道路一般采用半刚性路面,即采用水泥或石灰粉煤灰(或水泥粉煤灰)稳定粒料做基层或底基层。这些材料的强度和刚性相当高,行车荷载通过时半刚性材料层作用在土基顶面的应力相当小。这些因素的综合影响,使得高等级公路上沥青路面的车辙深度主要取决于沥青面     

基于半刚性基层的沥青路面各结构层应力特性分析

针对目前普遍采用无机结合稳定粒料(土)类为基层的沥青路面,利用Bisar3.0分析这种典型的半刚性基层沥青路面各结构层层底应力变化情况。得出各结构层应力特点,并根据各结构层材料特性分析应力与路面病害关联性。     

温度荷载作用下含裂缝的沥青路面结构应力分析

应用有限元素法对含有裂缝的半刚性基层沥青混凝土路面在温度荷载作用下的应力状况进行了初步分析,得到不同参数情形下裂尖应力强度因子,研究结果对沥青路面结构设计具有一定的参考价值。     

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。     

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.      

重载非均布荷载下沥青路面力学响应分析

选取不同的典型沥青路面结构,采用动态参数,进行了6个等级的非均布荷载作用下的8种路面结构有限元力学响应计算.结果表明:面层是沥青路面结构受力的最不利位置;在双矩形荷载作用下,沥青层底水平横向拉应力和拉应变最大值位于单轮底部中心偏外的位置;路表轮隙中心的应力状态主要和沥青面层厚度和交通荷载有关,随荷载增大,路表应力最大值作用点主要在轮缘外缘附近位置出现;路表最大剪应力随基层类型和沥青层厚度的不同而不同,路表最大剪应力出现在双轮及双轮之间的范围.所得结论可为重载条件下沥青路面设计指标的提出提供理论依据.     

列车荷载对板式无砟轨道力学性能的影响分析

为研究无砟轨道混凝土在客、货车作用下的劣化规律,基于损伤力学概念,引入损伤变量对混凝土室内循环加载进行试验研究. 首先,建立钢轨-扣件-轨道板-CA砂浆层-底座板-地基有限元实体模型,获取试件试验等效应力水平,通过列车车速确定加载频率,然后确定合理的荷载组合模拟工况;其次,应用MTS加载系统对混凝土试件进行循环加载测试,利用无损检测系统测试了不同加载次数下混凝土的动弹性模量以及抗折强度;最后,将动弹性模量和抗折强度作为损伤变量,根据测试结果得到不同应力水平、加载频率作用对轨道板材料力学性能劣化规律的影响. 试验结果表明:在客货车荷载作用下,动弹性模量的损伤程度在加载200万次时约为抗折强度的损伤程度的2倍;应力水平一定时,加载频率越小,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤程度越大,并且在10 Hz与15 Hz频率之间较明显;加载频率一定时,应力水平越大,混凝土动弹性模量以及抗折强度的损伤越严重,应力水平为0.7的混凝土在1 000次左右的加载循环加载下发生破坏;低速的客货车荷载会加快混凝土初期损伤,较高速度的客货车荷载会加速无砟轨道结构后期损伤的发展.      

沥青路面裂缝结构应力分析

应用有限元素法对含有裂缝的半刚性基层沥青混凝土路面在温度荷载作用下的应力状况进行了初步分析，得到不同参数情形下裂尖应力强度因子，研究结果对沥青路面结构设计具有一定的参考价值。     

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。