CRC-AC复合式路面沥青层反射裂缝影响因素分析

应用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,采用断裂力学理论及奇异等参元法,对连续配筋混凝土和沥青混凝土(CRC-AC)复合式路面中沥青层反射裂缝问题进行了数值分析。探讨了I型和II型的应力强度因子(K1、K2)在沥青层裂缝扩展过程中的变化规律及路面结构参数对K2的影响。研究结果表明:K2是荷载作用下导致沥青层反射裂缝产生和发展的主要原因,其随着荷位的增大而变小;沥青层厚度的增加、横向裂缝间距的加宽、配筋率的适当增加和底基层强度的提高可以降低K2,延缓CRC-AC复合式路面沥青层反射裂缝的开裂扩展。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。     

基于交变载荷下沥青路面使用寿命研究

运用断裂力学的相关理论,结合有限元方法,建立含表面裂缝的沥青路面结构三维有限元模型,计算了表面裂缝尖端的应力强度因子,通过分析裂缝的疲劳扩展来预测沥青路面的使用寿命。研究结果表明:表面裂纹形成初期,水平荷载对路面表面裂缝扩展影响较大。裂纹扩展阶段,张开型破坏占裂纹扩展的主导作用;增加面层厚度能有效抑制沥青路层裂缝的扩展;面层厚度增加,基层厚度增加,基层模量增大,面层模量降低,沥青路面疲劳寿命增速越大,疲劳寿命越长,但基层模量增加过大,易导致路面干缩开裂。     

CRC+AC复合式路面温度场影响因素研究

针对CRC+AC复合式路面温度场影响因素的问题,研究基于气象学和传热学理论,运用Abaqus有限元软件进行三维实体建模与数值模拟,分析了CRC+AC复合式路面结构的温度场分布与影响因素。结果表明：在一定条件下,距路表越深,路面结构温度变化越小,当深度超过0.6 m,温度几乎没有变化且与外界环境温度相差不大。通过增加沥青路面的热传导率、热容量、路面发射率和减小太阳辐射吸收率可降低高温时刻路表温度,减轻路面车辙和裂缝的危害。无论是夜晚低温时刻还是白天高温时刻,改变沥青层厚度对路表温度影响不大,但在白天高温时刻,面层内温度会随着沥青层厚度的增加而降低,并且降低的幅度较大。该文研究结果可为CRC+AC复合式路面的沥青层开裂、车辙等病害预防提供技术支持,并为材料选择和结构设计提供理论依据。     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

基于连续变温的沥青路面温度场与应力场有限元分析

受冬季昼夜温差影响,陕西农村地区沥青混凝土路面普遍存在严重的路面开裂现象。为明确其机理,减少由路面开裂带来的经济损失,本文采用有限元分析软件ANSYS建立了冬季低温环境下的路面结构模型,在1d连续变温条件下研究了温度场、应力场的变化以及各结构层厚度与细小裂缝对应力场的影响。结果表明:(1)沥青面层有效地减少了基层温度梯度的变化,温度应力峰值出现在面层表面;(2)表面微小裂缝在温度应力作用下易于扩展形成路面裂缝等道路灾害;(3)合理的面层厚度、基层厚度有利于减轻道路灾害。研究结果为陕西农村地区沥青混凝土路面开裂预测与结构设计提供了有力的理论支撑。     

考虑裂缝扩展的沥青路面疲劳寿命预估方法

为准确预估沥青路面的疲劳寿命,建立带预制裂缝的三维有限元模型,预制裂缝贯穿基层并扩展至沥青层底1 cm,通过对比分析标准轴载作用下,沥青层厚度、沥青层模量、半刚性基层厚度、地基模量、裂缝长度,以及裂缝宽度对应力强度因子的影响,从而基于Paris公式构建了基于病害发展的路面结构寿命预估模型.结果表明,影响张开型裂缝的主要...     

不同降温速率下两种应力吸收层对复合式路面的适用性

大量研究表明,在水泥混凝土基层上加铺沥青混凝土面层修筑的复合式路面,可以克服水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的缺点,集两种路面结构的优点。但根据美国俄亥俄州交通厅对已建成CC-AC复合式路面的复合式病害调查结果显示,复合式路面易产生的病害为反射裂缝。国外相关研究表明,采用应力吸收层技术可以解决此问题。基于有限元分析软件ANSYS,建立了复合式路面结构的三维模型,分别采用ISAC应力吸收层及低模量沥青混凝土应力吸收层两种应力吸收层,对不同初始温度复合式路面在不同降温速度下产生的温度应力进行了仿真分析,得出低模量沥青混凝土应力吸收层在防止放射裂缝方面要优于ISAC应力吸收层。     

沥青路面典型结构Top-Down裂缝尖端应力强度因子影响因素分析

借助ABAQUS有限元平台,分析水泥稳定碎石基层沥青路面与粒料基层沥青路面,TopDown裂缝尖端应力强度因子KII随路面结构参数、轴载及裂缝深度变化规律。结果表明,增加沥青层厚度与模量、基层厚度与模量、土基模量对沥青路面结构抑制Top-Down裂缝有益,而超载将对路面Top-Down裂缝产生严重不利影响;水泥稳定碎石基层沥青路面抗Top-Down裂缝能力大于粒料基层沥青路面。     

CRC+AC复合式路面沥青混凝土层荷载型开裂分析

针对CRC+AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用有限元法,分析了交通荷载作用下AC层的受力状态;运用断裂力学理论和有限元法,对CRC+AC复合式路面反射裂缝的扩展机理进行了研究,计算了反射裂缝的扩展强度,分析和研究了结构层厚度与裂缝长度对Ⅱ型反射裂缝扩展的影响规律。研究结果表明:在交通荷载作用下,AC层出现裂缝的可能性很小,但由于温度、施工、材料老化等各种因素的影响,AC层还是会出现裂缝,增加结构层厚度尤其是沥青混凝土层厚度能减小反射裂缝的扩展。研究结果可为合理设计CRC+AC复合式路面的结构厚度提供理论依据。     

CRC+AC复合式路面结构中AC层的裂缝扩展

针对CRC+ AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,对AC层的受力进行了计算和分析,对AC层裂缝的产生和扩展机理进行了研究.计算了AC层荷载型和温度型裂缝的尖端应力强度因子,研究了裂缝扩展时期、裂缝长度、结构层厚度、模量等因素对AC层裂缝扩展的影响规律.研究结果表明:AC层裂缝的扩展时期...     

CRC+AC复合式路面配筋率设计指标研究

连续配筋水泥混凝土(Continuously Reinforced Concrete,简称为CRC)+沥青混凝土(Asphalt Concrete,简称为AC)复合式路面的配筋设计方法尚不完善,根据气候条件,各地用的配筋量也有较大区别。在连续配筋水泥混凝土路面上加铺不同厚度的沥青层,将改变连续配筋水泥混凝土路面内的温度场和温度应力分布状态,并影响钢筋位置的裂缝宽度。文中利用自行开发的RP_TMP路面温度场计算程序,计算了5cm、10cm、15cm等3种加铺层厚度对水泥混凝土路面温度应力及钢筋位置裂缝宽度的影响;采用美国AASHTO2002设计指南中平均开裂间距和裂缝宽度确定方法,以裂缝宽度不超过0.5mm作为控制指标。计算结果显示,AC层的厚度每增加1cm,配筋率大约可以降低0.01%。研究计算结果可以用于指导复合式路面的配筋设计。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

基于人工神经网络和有限元混合模型的沥青路面结构裂缝扩展敏感性分析

本文使用有限元法(FEM)和人工神经网络(ANN)的混合方法对沥青路面结构裂缝扩展的敏感性进行分析。利用ABAQUS软件对沥青面层、基层、底基层和路基进行了二维有限元建模,进而使用扩展有限元法,模拟路面沥青层的开裂过程。人工神经网络需要输入结构层厚度、荷载值、模量等参数。神经网络所输入的数据是通过有限元模型分析得到,机器学习过程中非破坏性测试的目的是评估路面材料的特性和裂缝扩展的敏感性。本文研究认为,沥青层B2厚度的下降将显著地增加开裂扩展的速度,沥青层B1的厚度对路基层开裂影响不大。     

CRC＋AC复合式路面结构层厚度对温度效应及车辙变形的影响

针对连续配筋混凝土与沥青混凝土（CRC＋AC）复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,计算了CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝的扩展强度,分析了结构层厚度与CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝扩展强度的关系。结果表明：AC层厚度一般在不小于4cm时才能起到降低CRC层顶面最大温度的作用;CRC层的最大温度梯度随AC层和CRC层厚度的增加而递减;车辙深度随着AC层厚度的增加而递增;AC层厚度的增加能有效减小温度裂缝的扩展,其他结构层厚度对温度裂缝的扩展强度影响不大。研究结果可为合理设计CRC＋AC复合式路面的结构层厚度提供参考。     

沥青路面防水抗裂功能层缓解反射裂缝的数值分析

沥青路面的反射裂缝,主要是由半刚性基层无法避免的温缩及干缩裂缝导致应力集中过大而引起的,车辆荷载、较大的环境温差变化以及渗水导致反射裂缝道面破坏的不利因素。在半刚性基层和柔性面层之间设置防水抗裂功能层,可以有效缓解路面结构的应力集中现象,延缓反射裂缝的产生与扩展速度。采用有限元方法模拟易发反射裂缝的实际环境,对设置及未设置防水抗裂功能层的路面结构进行温度-荷载耦合力学对比分析,发现沥青路面下面层的荷载应力、温度应力以及应力强度因子都有较大幅度的降低,并且计算了防水抗裂功能层厚度、模量对路面结构应力、弯沉和强度因子的影响。结果表明：一般防水抗裂功能层的模量越小,效果更加明显;在合理范围内增加防水抗裂功能层的厚度能够更加有效地预防反射裂缝病害;适当控制基础模量可以防止反射裂缝的产生。     

关于锚头丝沥青混凝土路面的抗裂技术探究

提出了一种关于锚头加筋沥青路面结构,通过有限元软件模拟锚头丝沥青路面在温度应力场和既有反射裂缝下的强度计算,从材料选取和加筋方面对沥青混凝土路面横向裂缝和反射裂缝的扩展进行了研究。研究结果表明:采取沥青混凝土上面层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能降低基于温度应力引起的横向裂缝的产生和扩展,有效防止路面低温开裂引起的路表横向裂缝问题;采取在半刚性基层加铺加筋锚头丝的工艺方式,能改善裂缝而产生的应力集中现象,有效改善面层底部的应力状态,延缓沥青路面下面层反射裂缝的产生和扩展。     

柔性基层在高寒地区沥青路面

为了研究半刚性基层、沥青稳定碎石柔性基层、级配碎石柔性基层和应力吸收夹层在减缓高寒地区沥青路面的半刚性材料层反射裂缝方面的不同效果,采用断裂力学理论和有限元技术,对半刚性材料层已有裂缝的4种路面结构进行了在车辆荷载和高寒地区的骤然降温综合作用下的热-力耦合分析.从应力强度因子和疲劳寿命两方面,开展了上述4种路面结构对反射裂缝在沥青面层中的扩展行为影响的对比研究.结果表明,在沥青混凝土路面的面层和半刚性材料层之间设置的柔性基层和应力吸收夹层可大幅度减缓反射裂缝的扩展速度,从而延长路面使用寿命,并按照沥青稳定碎石柔性基层、级配碎石柔性基层、应力吸收夹层、半刚性基层的顺序依次递减.     

半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝影响因素分析

借助ABAQUS有限元计算平台,应用断裂力学理论,综合分析半刚性基层沥青路面反射裂缝影响因素及影响程度,并对分析结果进行极差分析。结果表明,沥青层模量对半刚性基层沥青路面反射裂缝尖端应力强度因子影响程度最大,增大沥青层模量将显著增加裂缝尖端应力强度因子;基层-土基层间粘结状况对反射裂缝尖端应力强度因子的影响仅次于沥青层模量;半刚性基层及土基模量对反射裂缝尖端应力强度因子影响最小。因此,在采用高模量沥青层增加沥青路面结构抗永久变形能力同时,应注意其对半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的不良影响。     

加铺沥青层路面纵缝在不同动荷载作用下的变化研究

采用有限元法对旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层路面结构进行数值建模,并分别计算研究原水泥混凝土面层作为基层时,层底裂缝在振动压路机荷载及标准车辆荷载作用下的裂缝尖端应力强度因子。通过计算对比发现,虽然振动压路机工作时有较大的激振力和振动频率,但其并不会增加路面裂缝扩展的概率;压路机振动荷载加载初期,由于存在较为明显的振动效应,会使路面层底纵向裂缝尖端出现较大的应力强度因子,因此需要避免在纵向裂缝上启动压路机。