高等级沥青混凝土路面抗剪性能影响因素研究

运用多层弹性体系理论,以 GAMES 软件为力学分析工具,考虑路面结构层厚度、基面层模量及层间状态等因素,分析沥青路面抗剪性能的变化规律。结果表明：沥青路面剪应力峰值受面层厚度和基层厚度影响不明显,通过增加面层厚度和基层厚度提高路面抗剪性能加重了经济成本,收效甚微;面层内剪应力峰值随基层模量增加而减小,但变化不明显,说明增加基层模量对沥青路面抗剪性能的提高作用不大;上面层与中面层模量比越大,上面层内剪应力峰值越大,且这种影响较为明显;在层间粘结减弱的过程中,面层内最大剪应力峰值随之减小。     

普通干线公路半刚性基层沥青路面破坏机理及控制措施

为了研究干线公路沥青路面破坏机理,提高干线公路耐久性,通过对湖南省多条普通干线公路现场调研与路面钻芯分析,对沥青路面半刚性基层产生的断桩、裂缝等病害产生机理进行了研究。选取干线公路重交通等级沥青路面典型结构,建立路面结构分析模型,借助BISAR有限元软件分析在标准轴载和超载30%两种情况下路面的受力状态,同时考虑水平力对应力分布的影响。研究结果表明:垂直荷载越大,剪应力水平越高,车辆超载不影响最大剪应力出现的位置;对比3种基-面层层间结合状态下路面应力应变,发现基面层间一般处于连续或半连续状态,不会出现界面完全光滑状态。计算结果显示:沥青面层小于10 cm的薄层路面结构,高剪应力区位于半刚性基层上,半刚性基层抗剪强度低于承受的剪应力从而引起基层断裂破坏,随着基层强度急剧下降,逐渐产生裂缝、车辙等病害。根据路面病害层位,拟定3种路面结构,分别改变沥青面层和基层厚度,计算不同结构层受力状态,进一步提出普通干线公路路面结构改进措施:重载作用下沥青面层厚度至少提高到12 cm,半刚性基层厚度达到35 cm以上,同时施工过程中做好基面层层间黏结,半刚性基层养生期间严格控制车辆通行,从而达到提高路面疲劳寿命的目的。     

不同层间接触状态下沥青路面动力响应分析

在考虑路面结构层间接触的情况下,采用ANSYS建立路面结构三维有限元模型,通过编写APDL程序,分析了在行车速度为匀加速、匀减速和匀速状态下路面结构的动力响应规律。研究结果表明:在3种不同行驶状态下,随着层间接触系数的增大,路面结构各层的最大竖向剪应力呈增大趋势,路面结构各层的横向最大剪应力呈减小趋势,路面结构各层的X向、Z向拉应力、拉应变都呈减小趋势,说明良好的层间结合状态可以提高沥青面层的抗疲劳开裂能力。     

沥青路面在不同层间状态下的受力特征及施工质量优化

针对我国目前在沥青路面设计中论假设沥青路面各结构层之间为完全连续、各向同性的弹性结构与路面的实际情况不符的问题,建立了剪切弹簧模型,并通过定义滑移系数来分析研究不同层间接触状态下对路面力学的影响。研究发现:在层间结合状态由完全结合向完全自由变化过程中,层内拉应力不断变大;当结合状态为完全自由时,下面层层底拉应力最大为0.2921MPa;层内剪应力也不断增大,最大达到226.1k Pa;路面弯沉也不断变大,当层间接触为完全自由达到最大56.32。随着基层模量的增大,相应的层底拉应力不断减小,并从基层模量为1800MPa开始趋于缓和;沥青层内剪应力不断变大,层间结合状态为完全自由时最大达到0.2347MPa;竖向压应力也随之不断变大,层间接触状态为完全连续切基层模量为2200MPa时最大,为0.6712MPa。沥青路面施工时,应严格按照规范对沥青路面的粘结层进行施工,提高沥青路面的层间抗剪强度。     

重载交通下交叉口路段沥青路面结构抗剪强度研究

为了研究重载交通下交叉口路段沥青路面结构抗剪强度指标,采用ANSYS有限元计算软件分析了不同月份下重载对交叉口路段剪应力、剪应变的影响,并给出了交叉口路段抗剪强度指标的确定方法。结果表明,路面结构在高温、重载作用下更容易受到剪切破坏,且高温对剪应变的影响显著大于剪应力;交叉口路段容许抗剪强度随轴载的增加而增加;中面层要求的容许抗剪强度最大,与剪应力分析时中面层所受到的剪应力最大相对应;在进行路面结构设计时,不能单一的将沥青层视为整体确定其容许抗剪强度,这样往往会造成某一层位出现早期的剪切破坏或材料性能的浪费。     

不同车速下沥青路面结构的动力响应

为了更加直观地反映沥青路面结构的真实受力状态,将汽车荷载简化成均布移动荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,建立3D动力有限元模型,分析车辆以不同速度匀速通过和刹车状态下路面结构的动力响应。分析结果显示,较低的车速会使路面结构内部产生较大的应力,并且应力随车速减小基本呈现线性增大趋势;刹车过程中产生的较大水平荷载对结构内部应力产生较大影响,尤其是剪应力和水平正应力,因此在刹车比较频繁的区域,增强面层以及层间接触面的抗剪强度和抗弯拉强度,可减少车辙、推移或拥包等病害的出现。     

室内沥青混凝土路面层间抗剪强度试验方法研究

半刚性基层沥青混凝土路面结构作为我国最主要的高等级路面结构类型,沥青面层和半刚性基层之间的黏结状态是决定沥青混凝土路面结构耐久性的关键,但目前我国还没有统一的用于评价沥青混凝土路面层间黏结状态的标准试验方法。在借鉴国外剪切试验方法的基础上,借助MTS设备,利用自行设计的直剪试验和45°斜剪试验仪器,通过大量室内试验研究,分析了试验温度、荷载加载速率、试件干湿状态等对沥青面层和半刚性基层之间层间抗剪强度的影响,结合实际试验的可操作性,提出了室内标准直剪和斜剪试验方法,并提出采用考虑95%保证率下的抗剪强度和单位抗剪强度双重指标进行试验数据结果处理的方法,为科学研究和工程检测提供参考。     

重载交通沥青路面剪切屈服区分布规律研究

半刚性基层沥青路面的面层沥青混合料在重轴载车辆作用下,产生的剪应力超过其抗剪强度而容易产生过大的剪切塑性变形,使其产生横向剪切流动。考虑面层沥青混合料的粘弹性特性、不同轮载条件下非均布接地压力和路面面层及基层间的实际接触状态,选择4种典型沥青路面结构,用有限元分析方法进行力学响应分析,假定沥青混合料符合莫尔库仑屈服准则,编制基于COSMOS／M的二次开发程序找出重轴载条件下沥青面层剪切屈服区分布规律,解释重载交通沥青路面车辙产生机理。研究结果表明,沥青面层剪切屈服区随着车辆轴载增大而逐步扩展,不同路面结构沥青面层剪切屈服区扩展变化规律不尽相同,路面车辙发展速度和产生部位也不相同。     

基于层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响分析

为了研究层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响，通过滑动模型分析面层、基层与底基层层间不利状态，在层间不同接触状态下对路面应力和弯沉的变化，并结合室内试验评价黏结层力学性能和抗反射裂缝能力，最后通过试验段对长大陡坡路面层间黏结材料进行跟踪观测。研究表明:面层和基层为部分连续或完全滑动状态下，层间的剪应力发生了突变。面层厚度越薄，路基和路面最大剪应力越大。跟踪试验段观测表明:长大陡坡路段应力吸收层能够很好地抗反射裂缝，延长半刚性基层路面使用寿命。     

层间结合条件对半刚性基层沥青路面路用性能的影响研究

为分析半刚性基层沥青路面基-面层间结合条件对路面结构受力性能的影响,采用Abaqus有限元软件分析了层间完全连续和摩擦接触时路表弯沉、结构层各向水平拉应力、剪应力等的分布规律,通过正交车辙试验研究了不同层间结合条件对路面路用性能的影响。研究结果表明:层间接触不良易诱发路面结构的竖向变形、裂缝、车辙等病害;路面结构设计时,合理设计基层强度、选择级配较好的下封层可以有效改善层间的接触条件,提高路面的使用性能。     

基于剪切弹性柔量的基-面层间接触状态及路面力学响应分析

为研究半刚性基层与沥青面层的层间接触状态对路面结构力学响应和疲劳寿命的影响,选取典型半刚性基层沥青路面结构,采用Bisar3.0软件中的剪切弹性柔量参数AK作为基-面层层间接触状态的评价指标进行路面结构力学计算,分析不同层间接触状态下沥青路面结构的应力、应变、弯沉等力学指标的变化规律,并计算了层间不同接触状态下路面结构的疲劳寿命.结果显示:剪切弹性柔量可以较好的表征基-面层层间接触状态;弯拉应力和剪应力受基-面层间接触状态的影响较大,当基-面层间接触状态由连续变为滑动时,沥青层底弯拉应力的涨幅为528.25％,沥青层底剪应力的涨幅为157.3％,而弯沉受基-面层间接触状态的影响较小;基-面层间保持连续的接触状态可以提高层间抗剪切能力,延长路面的使用寿命.     

不同施工工艺对沥青路面层间抗剪能力的影响分析

近年来沥青路面的层间剪切滑移问题越来越受到人们的关注,据大量调查研究表明,路面的层间结合不良是导致公路出现早期损坏的重要原因之一。本文以此为切入点应用弹性层状体系理论,通过力学计算探讨了随路面结构参数的改变面层与基层间最大剪应力的分布状况及最大剪应力峰值的变化规律,为论证路面产生剪切滑移的可能性提供了理论基础。同时本文详细分析了路面结构层间抗剪能力的影响因素,并通过大量试验比较了不同施工工艺对层间抗剪能力的改善效果,确定了最佳粘层油施工洒布量,以及路面层间抗剪强度与剪切速率的关系,建立了室内试验与实际路面形态的联系,从而指导路面施工。     

干线公路沥青路面水平裂缝破坏力学机理研究及对策

以干线公路半刚性基层沥青路面产生的水平裂缝为研究对象,采用力学分析软件计算在标准轴载和超载作用下的力学响应。通过对路面结构层应力应变特性及最大剪应力随深度变化特点分析,结合路面实际破坏现象,揭示了干线公路半刚性基层破坏的根本原因在于:沥青面层薄,高剪应力区位于半刚性基层上,半刚性基层竖向受剪超过其抗剪强度就产生水平裂缝。为提高半刚性基层疲劳寿命,避免路面早期病害,应采取如下措施:结构层中沥青路面厚度至少提高到12cm,施工中基层应采用一次压实成型,形成整体性好的高性能半刚性基层,同时养生期严格控制车辆通行。     

移动荷载下路面结构应力响应分析

实际中汽车总是以一定的速度行驶在路面上,首先将汽车荷载简化为移动的均布荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,利用三维动力有限元方法,分析了移动荷载下车辆正常行驶状态、慢速行驶及刹车情况时路面结构内部应力响应规律。分析结果表明,较低的速度将会使路面结构内部产生更大的应力,各应力分量与速度变化基本呈线性关系;刹车过程中在路表面产生的水平荷载对路表面层附近的水平剪应力影响相当大,在刹车较频繁区域,提高面层及其层间接触面的抗剪强度,可减少或防止推挤、拥包等病害的出现。分析结果可为路面结构设计和路面施工提供理论参考。     

隧道复合式路面层间剪应力分析及面层厚度设计

针对隧道复合式路面沥青面层厚度设计中存在的问题,以层间剪应力为控制指标,引入层间剪切弹性柔量,利用Bisar3.0软件,分析部分连续结合状态、连续状态下的层间剪应力和5种不同面层厚度下的层间最大剪应力;考虑复合式路面温度场和层间剪应力的差别,分别对隧道进出口和中部面层厚度进行设计。结果表明,部分连续结合状态下,水平纵向剪应力和最大剪应力都较小,但不能依据层间结合状态来减小剪应力,考虑到新建工程结合状态良好,宜采用连续结合状态分析层间剪切力;随着沥青面层厚度的增加,最大剪应力逐渐降低;设计中隧道中部沥青面层厚度可比进出口处小2cm左右。     

基于ABAQUS的沥青路面层间粘结影响因素的敏感性分析

基于有限元软件ABAQUS编制UTRACLOAD（水平移动荷载）及VDLOAD（竖向移动荷载）子程序,计算水平和竖向移动荷载共同作用下,爬坡路段和车辆制动过程两种路况下沥青路面的力学响应,对不同因素的敏感性进行分析。结果表明：在爬坡路段,对纵向层间剪应力影响显著水平为荷载〉层间接触状态〉坡度,对横向层间剪应力的影响效果,荷载〉第三接触面粘结状态〉坡度〉其他接触面粘结状态;在车辆制动过程中,对纵向层间剪应力的影响效果,荷载〉水平力〉层间粘结状态,对横向层间剪应力的影响效果,荷载〉第一接触面的层间粘结状态〉水平力〉第三接触面的层间粘结状态〉第二接触面的层间粘结状态。     

高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究

为了修筑更具耐久性的半刚性基层长寿命沥青路面,探究高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面应用的合理性及可行性,采用弹性层状体系模型分析了不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。进而通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验,评价了高模量沥青混凝土的抗疲劳特性,采用累积耗散能指标将其与表面层材料进行了比较。结果表明:对于薄面层的半刚性基层沥青路面,当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时,沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变,沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险;随着下面层模量的增加,沥青面层底部的剪应力略有增加,而最大剪应力均值有所减小,有利于改善沥青下面层的抗剪能力;不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别,而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一,20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能;在半刚性基层长寿命沥青路面中,下面层使用高模量沥青混凝土可以改善路面的抗车辙和抗疲劳性能,为实体工程建设提供一定的参考依据。     

高速公路上坡路段半刚性沥青路面的三维有限元分析

运用三维有限元方法,分析了不同道路纵坡下路面结构层层底最大拉应力、层底最大剪应力和土基最大压应变的变化规律,以及上坡路段在不同超载率、路面摩擦系数和温度状况下各主要路面结构力学指标的变化情况,并提出了相应的防治对策。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受拉力有影响,更易使面层产生开裂;各面层都是剪应力作用的主要集中区域;超载率、路面摩擦系数和温度对上坡路面结构受力都存在不同程度的影响,汽车超载的影响最大。因此,应尽量提高沥青混合料面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制上坡车辆超载。     

采用便携式剪切仪研究超薄白色罩面的层间抗剪性能

超薄白色罩面作为一种新型路面结构在国外得到广泛应用,其特定的路面结构要求超薄水泥砼面层与沥青层层间较好联结,因而层间抗剪性能对保证路面正常使用具有重要意义.设计了基于便携式剪切仪的层间界面剪切试验,采用水泥砼和沥青砼复合试件模拟超薄白色罩面和旧沥青面层的结合状态,得到了界面剪切强度随温度和竖向压力的规律.同时验证了该试验的可行性.     

山区高速公路长大纵坡段沥青路面剪应力分布研究

由于地形限制,长纵坡、大纵坡在山区高速公路中屡见不鲜,且该类路段易发路面的车辙和推移病害。选取三类常见的沥青路面,对长大纵坡段的沥青路面力学行为模式进行分析,考虑重载因素及层间不完全连续,利用壳牌设计软件Bisar3.0计算不同纵坡下不同路面形式的剪应力。结果表明：三类沥青路面的最大剪应力随路面纵坡增大呈较小的下降趋势;柔性路面最大剪应力往往出现在路面表层,我国常用的半刚性路面、复合式路面最大剪应力出现在中面层,设计中应加强中面层的抗剪切、抗车辙设计;层间不完全连续接触使三类路面在面基结合面上剪应力骤降。