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基于半刚性基层沥青路面反射裂缝严重性,应用断裂力学理论及有限元软件ABAQUS,建立20结点等参有限元模型,数值模拟沥青路面反射裂缝的扩展,并应用Paris公式预估其疲劳扩展寿命,分析探讨反射裂缝扩展过程中应力强度因子K2 的变化规律及路面结构参数对其扩展寿命的影响.计算表明：(1)沥青面层反射裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,K2 随着裂缝的扩展不断增大,初期扩展速度较慢,后期扩展速度急剧增加,直至破坏.(2)路面结构参数中,面层厚度、基层模量、底基层厚度、底基层模量和土基模量的增加对面层反射裂缝疲劳扩展寿命有利,而面层模量和基层厚度的增加则不利于面层反射裂缝的疲劳扩展.     

跨越结构层的反射裂缝扩展过程参数影响分析

基于ABAQUS有限元软件和断裂力学分析理论,采用离散裂缝长度模拟反射裂缝扩展过程,针对裂缝由基层底扩展并跨越至面层顶时,不同结构层参数对裂缝尖端应力强度因子影响进行了分析,并通过工程实例进行了结构层参数优化设计计算。结果表明：在荷载作用下,基层底部往上存在一定范围的受拉区,受拉区裂缝将受到张拉和剪切的混合型作用,面层和基层参数的增大都会引起张拉型应力强度因子的增大,对早期裂缝控制不利;裂缝扩展后期,适当增大基层模量、厚度以及面层厚度可减小剪切型应力强度因子,其中适当增加面层厚度较明显;在防治反射裂缝扩展方面,在保证路面其他控制条件下,应选择较低的面层模量;工程实例的优化设计计算验证了前述结论。     

SAMI-R在公路拓宽改建中的应用

公路拓宽改建工程中,老路病害以及加宽接缝部位处理是个难题.橡胶沥青应力吸收层具有防水性能好、抗变形能力强等优点.通过在老路及新建基层表面铺筑SAMI-R,取芯及剪切试验初步表明:SAMI-R用于公路拓宽改造工程是可行的,可以大大减少半刚性基层的裂缝反射到面层,延长路面的使用寿命.     

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。     

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。     

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.     

ATB-30沥青碎石柔性基层在张石高速公路中的应用

沥青稳定碎石基层属柔性结构层,具有很强的柔性和变形能力,作为应力消散层,大大延缓了路面反射裂缝的发生.另外,沥青稳定碎石基层可以与沥青混凝土面层牢固结合,并且由于其模量与面层模量接近,使得路面结构受力更加均匀,从而提高了道路的耐久性,延长了路面的使用寿命.     

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%。     

底基层性质对路面结构层的附加应力影响研究

路面结构层的底基层特性对路面结构层附加应力有一定的影响.文章采用ABAQUS有限元软件,结合江苏省某高速公路,分析了底基层模量、厚度对路面结构层附加应力的影响.结果表明路面结构的面层均处于受压状态;基层和底基层处于受拉状态;附加应力在路面结构中心处最大,向两侧逐渐减小,路肩处附加应力最小.面层、基层内的附加应力随底基层模量和厚度的增大而减小;底基层的附加应力随底基层模量和厚度的增大而增大.     

沥青路面动态响应数值分析

为了优化沥青路面结构设计,引入无反射边界,依据结构动力理论,利用有限元数值分析方法,对多层沥青路面在移动荷载作用下的动态响应进行了分析。发现沥青面层的拉应力和路表弯沉随着基层模量、层间摩擦系数、行车速度和面层材料阻尼的增大而减小,剪切应力随着轮胎接地压力和基层模量的增大而增大。分析结果表明:基层设计需要综合优化设计,简单增加基层模量和厚度都是不合适的;良好的层间接触状态以及使用较大阻尼的材料,有利于路面性能的改善;提高行车速度可以延长路面的使用寿命。     

复合式机场道面荷载型反射裂缝影响因素分析

为了考察结构参数对复合式机场道面荷载型反射裂缝的影响规律和显性关系,基于线弹性断裂力学理论和平面应变假设,应用ABAQUS有限程序首先分析了在反射裂缝扩展过程中结构参数对复合式道面裂缝尖端应力强度因子的影响,然后利用正交设计,选取结构参数作为考察因素,计算裂缝尖端应力强度因子,并进行极差和方差分析。研究表明：随着裂缝不断扩展,Ⅰ型应力强度因子不断减小,Ⅱ型应力强度因子不断增加;土基模量、面层厚度对Ⅰ型反射裂缝有显著影响,基层模量对Ⅱ型反射裂缝也有显著影响,加固地基是复合式机场道面结构设计中效果最明显的一种抗反射裂缝措施．     

破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层温度应力影响因素

为了防止水泥混凝土路面加铺沥青面层反射裂缝的产生,采用有限元方法,视路面结构为弹性层状体系,建立沥青加铺层、补强层、破裂水泥混凝土路面板和地基组成的空间三维模型,分析了破裂板块平面尺寸、降温幅度、沥青加铺层模量及厚度、结构补强层模量、混凝土路面板厚度等因素对沥青加铺层温度应力的影响。结果表明,对破裂后的旧水泥混凝土路面板块,沥青加铺层温度应力随其板块尺寸的减小而大幅度降低,较大的降温幅度对加铺层温度应力的影响远大于车辆荷载产生的应力;而降低沥青加铺层模量,增大加铺层厚度等技术措施可明显改善破裂板接缝处的应力状况,并能有效地防止沥青加铺层反射裂缝的产生。     

不同基层开裂状态的沥青路面应力对比

为比较基层裂缝形态不同时,湿度和温度变化所引起的面层及基层内应力的变化情况,采用三维有限元方法建立了含不同深度、宽度与间距基层裂缝的路面模型,采用实测的基层有限元参数,分析处于不同开裂状态的水泥稳定碎石基层沥青路面在失水和降温时,基层内的最大应力与应力分布情况,以及对沥青面层的影响。分析结果表明:对于新铺筑的基层,因失水引起的收缩应力较温差的影响更为显著;其他条件一致时,基层模量为4000MPa左右时,对于减少基层开裂最有利;无论对于失水还是降温条件,各结构层自身的模量是影响其应力的最显著因素;基层与底基层间粘结不好时,面层底部的拉应力比层间完全连续时更大,基层裂缝更易反射至面层。     

ATB-30沥青碎石柔性基层在张石高速公路中的应用

沥青稳定碎石基层属柔性结构层,具有很强的柔性和变形能力,作为应力消散层,大大延缓了路面反射裂缝的发生。另外,沥青稳定碎石基层可以与沥青混凝土面层牢固结合,并且由于其模量与面层模量接近,使得路面结构受力更加均匀,从而提高了道路的耐久性,延长了路面的使用寿命。     

冷再生基层路面结构力学响应影响因素分析

针对佛山官西线冷再生路面结构设计,采用有限元计算软件BISAR 3.0分析了原路当量回弹模量、沥青面层厚度、基层厚度和基层模量对冷再生路面结构力学性能的影响,以便为合理的冷再生路面结构设计提供参考.分析表明:原路面当量回弹模量直接决定改建后路面的使用性能;面层越厚,基层抗疲劳性能、路面抗车辙性能增强,路表弯沉减小;冷再...     

公路路面基层反射裂缝原因与防治探讨

主要对公路路面基层反射裂缝原因与防治情况进行分析,阐述了反射裂缝的产生原因,然后描述了影响路面反射裂缝的因素,最后详细论述了基层反射裂缝的防治方法,其主要内容有:合理规划沥青面层的厚度、改善沥青混凝土的面层性能、综合各方面系数选取合理的半刚性材料、控制施工因素、设置应力/应变消减中间层。     

聚酯玻纤布防治荷载型反射裂缝的断裂力学分析

基于断裂力学的方法,采用ANASYS软件模拟沥青路面典型结构,分析了设置聚酯玻纤布夹层后,在正载和偏载作用下,裂缝尖端应力强度因子的变化,研究了沥青层模量、基层厚度及裂缝扩展深度等结构参量及层间接触条件和夹层模量对应力强度因子的影响规律.分析结果表明,设置聚酯玻纤布夹层,可以有效防治荷载型反射裂缝的扩展.     

黏聚区模型在沥青路面反射裂缝模拟中的应用

结合ABAQUS有限元软件, 分析了基于牵引力-分离法则的三维黏结单元本构模型与参数; 通过对单一黏结单元施加位移荷载, 对比了不同初始损伤与完全失效准则组合下, 加载过程中单元应力、位移和应变能的理论计算结果与数值模拟结果, 以验证黏结单元的可靠性; 将黏结单元布设在开裂基层上方沥青面层可能发生反射开裂的部位, 应用黏聚区模型模拟裂缝的发展过程, 研究了黏结单元参数和面层厚度对裂缝扩展的影响。分析结果表明: 当黏结层刚度由40GN·m-3下降到20GN·m-3时, 单侧荷载与对称荷载作用下黏结层中分离位移的比值由1.52增大到13.52, 单侧荷载作用下黏结层中剪切位移与张开位移的比值由1.52增大到11.32, 说明当潜在裂缝扩展区刚度降低时, 沥青层易于产生Ⅱ型剪切裂缝; 在交通荷载作用下, 沥青面层损伤开裂的路径为首先沥青面层底部发生损伤并向上发展, 随后路表轮载作用处附近发生损伤并向下发展, 在损伤贯穿沥青面层后, 潜在裂缝扩展区刚度的继续下降将使损伤沿道路横向继续扩展; 在面层厚度以2cm的梯度由16cm增加到22cm的过程中, 黏结层中分离位移分别降低了32.31%、15.22%、9.63%, 剪切位移与张开位移的比值由3.24降低到1.10, 说明增加面层厚度能有效延缓反射裂缝的扩展, 但此延缓效果随着面层厚度的增加而减弱, 并且使得面层反射开裂类型由Ⅱ型剪切型开裂逐渐趋于Ⅰ、Ⅱ型混合模式开裂。      

旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝应力分析

通过建立旧水泥混凝土路面沥青加铺层有限元模型,应用ANSYS软件计算分析了车轮荷载位于最不利位置时反射裂缝的受力特性,并根据断裂力学理论研究了在不同影响因素下应力强度因子K的变化。计算结果表明:在荷载和温度作用下,控制着路面裂缝扩展的应力强度因子KⅠ和KⅡ随着沥青加铺层厚度的增加呈减小趋势;同时,裂缝尖端的应力强度因子将随着沥青加铺层模量的增加而增大;此外,降温幅度和轴载的变化对加铺层抗裂性能也有较大影响。     

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.