沥青路面结构动态模量试验研究

沥青路面结构动态模量测试是路面设计由静态力学体系向动态力学体系转化的基础，本文针对目前沥青路面材料动态模量室内试验与室外试验进行了探讨研究。     

振动荷载下路面结构力学特性分析

采用振动力学模型模拟路面结构汽车荷载,在静态力学计算理论的基础上,引进应力波动理论,建立动态波动微分方程,推导出更加符合路面实际受力情况的动态力学计算公式;分析了振动荷载作用下路面结构的力学特性.     

移动卡车荷载作用下混凝土路面的结构反应

静荷载作用下混凝土路面的性能与破损的研究已有很多,而混凝土路面动态反应方面的研究却很有限,使得对于在哪种荷载类型(静态或动态)下,混凝土板的挠度或挠曲应力更大的观点不同。该研究中,修建了一处由两段钢筋混凝土路面和两段普通混凝土路面组成的试验段,对其在准静态和动态卡车荷载作用下进行试验,卡车荷载在检测路面的预定位置以5～55km/h的速度来回行驶。为了监测路面反应,沿试验段安装应变片和位移传感器,记录试验段的时程反应,用以验证用Ansys平台开发的有限元模型,用这个模型对影响混凝土路面动态反应的那些参数进行敏感性分析,结果表明混凝土路面设计中动态放大的显著性。     

基于动载作用的组合式柔性基层路面典型结构优化设计研究

借助Abaqus有限元计算平台建立路面三维模型,使用动态模量,施加动态荷载实现路面的动力响应,研究了应对组合式基层路面,根据现有研究成果拟定了与路面损坏相对应的车辙和裂缝类损坏的力学控制指标,通过设计正交试验分析各个力学指标与结构设计参数变化的敏感性,取对结构设计参数敏感性高的力学指标作为主要分析对象,得出了路面破坏模式、力学控制指标以及结构设计参数的显著性对应关系。研究S1～S4共4种路面结构高、低温与动荷载耦合作用下的路面力学响应,推荐了内蒙古寒区路面结构,并得出路面结构设计的优化设计策略。     

大粒径沥青混合料动态模量研究

大粒径沥青混合料由于其优良的力学性能,被广泛地应用于我国沥青混凝土路面下面层结构中,随着半刚性基层材料在使用过程中所表现出的与面层粘结性差、易开裂等缺点,将大粒径沥青混合料作为沥青混凝土路面基层材料的趋势越来越得到重视.作为基层材料,大粒径沥青混合料的回弹模量将直接影响到沥青混凝土路面结构的承载能力.沥青混凝土路面承受汽车动态荷载作用.产生相应的动态力学响应.材料的动态模量更具有实际意义.本文在对AC25、AC30两种大粒径混合料的动、静态模量进行试验研究的基础上,建立了材料动、静态模量之间的关系,为相应的研究和力学计算提供参考,同时.还对两种沥青混合料的应力依赖性进行了研究.     

路面实体结构模型力学响应试验方法研究

为获得荷载作用下路面结构的实际力学响应规律,设计并完成了路面实体结构模型试验,讨论了试验方法的平行性和复现性,分析了3种典型路面结构模型的力学响应规律。结果发现:路面结构模型力学响应试验方法平行性、复现性、可靠性较好,可作为路面结构力学响应行为研究的一种有效手段;当试验条件相同时,不同路面材料的结构模型受力情况存在显著差别,水泥稳定碎石和沥青混凝土表面径向应变随着与荷载距离的增加呈现压缩-拉伸交替变化、具有明显的力学响应特征点,而水泥混凝土并无此现象;近荷载端沥青路面结构处于受压区,而稍远离荷载的位置则为受拉区,当荷载较重时,可能会引起沥青路面表面开裂,形成荷载型Top-down裂缝;路面结构模型力学响应试验可以反映路面材料在结构中的实际工作状态,能够为路面结构计算和材料参数确定提供参考。     

路面专题连载 二、路面力学参数和疲劳特性

一、路面的力学参数路面材料的泊松比μ和弹性模量 E 是路面力学计算的重要参数。在路面设计前必需对路面各层材料的μ和 E 值分别进行试验并加以确定。泊松比是材料受力后产生垂直于荷载方向的应变与轴向应变的比值,可写成:     

山西省路基动静态回弹模量相关关系研究

中国一般采用路基静态回弹模量作为道路结构设计的参数,然而由于车辆荷载作用下的路基为动态力学响应,因此采用静态回弹模量并不符合路基的实际运营状态。由于中国试验条件的限制,大规模地进行路基动态回弹模量测试并不可行。因此建立路基动静态回弹模量之间的关系具有十分重要的意义。该文以山西省为例,通过理论分析和室内外试验建立了山西省路基动静态回弹模量之间的相关关系,结果表明:不论室内还是现场环境下,动静态回弹模量均有较好的幂函数相关关系。     

基于力学分析的隧道复合式路面设计指标

基于ABAQUS三维有限元分析方法,构建了矩形荷载作用下的隧道复合式路面力学分析模型,计算了不同沥青层厚度、沥青层模量、水泥混凝土层厚度、基岩模量、荷载大小以及层间接触状况等参数下的复合式路面结构响应,分析了复合式路面结构组合、材料性质与荷载参数对复合式路面力学特征的影响,提出了隧道复合式路面设计关键控制指标,以期为复合式路面结构设计提供理论依据。     

基于黏弹模型的交叉口路面力学响应分析

为研究交叉口路面在重载和水平荷载作用下的力学响应,考虑沥青混合料在高温时的黏弹特性,建立基于广义Maxwell的黏弹力学模型,探究温度、水平荷载、竖直荷载对路面最大剪应力的影响。文中基于SMA-13、AC-16、AC-20沥青混合料动态模量的试验数据,对黏弹有限元模型的参数进行标定,建立5项Prony级数的力学模型,对交叉口路面力学响应进行了分析。结果表明,最大剪应力峰值出现在路面的上中面层;在水平制动力影响下,路面最大剪应力的最不利荷载点位于荷载圆沿道路纵向的最前方,建议可在城市道路设计时增加最大剪应力控制点;路面的上、中面层对温度的变化更敏感。     

利用手持式落锤弯沉仪评价路基路面强度参数

结合湘西通县公路改造工程,应用手持式落锤弯沉仪(HFW D),研究了动回弹模量与旧路面剩余强度、静回弹模量和劈裂强度的关系,得出动回弹模量与路基路面强度参数(剩余强度、静回弹模量和劈裂强度)有较好相关关系的结论。结果表明,手持式落锤弯沉仪可用于路基路面强度参数的快速检测和评价,从而为路面结构的设计提供科学依据。     

基于实测与预测的沥青混合料回弹模量与温度的关系

我国沥青路面设计采用20℃抗压回弹模量和15℃劈裂模量作为设计标准,不能够反应温度变化对沥青混合料性能的影响。新颁布的沥青路面设计规范虽然采用了动态回弹模量,但仍然是采用20℃模量值。本研究通过采用不同型号沥青(70#、90#、SBS改性70#、SBS改性90#)及不同集料级配(AC-13、AC-16、AC-20)组成12种不同型号沥青混合料,采用马歇尔试件与静压法测试在不同温度(±60℃)下的沥青混合料抗压回弹模量,建立沥青混合料回弹模量与温度的回归关系。通过与其它方法得到的沥青混合料回弹模量预测结果对比分析,评价不同预测方法的技术特点。结果表明,沥青混合料回弹模量与温度有较好的回归关系,研究结果可以为沥青路面与材料设计提供一定的技术参数。     

高模量沥青混合料力学性能试验研究

为了研究高模量剂掺量对沥青混合料力学性能的影响,通过劈裂强度、静态回弹模量和动态模量等试验,分析了高模量剂在不同掺量、不同温度条件下对沥青混合料劈裂强度、抗压强度、静态回弹模量、动态模量和相位角等指标的影响。结果表明:高模量剂的加入能明显提高劈裂强度,但其掺量不宜超过0.6%;随着高模量剂掺量的增大,抗压强度和静态回弹模量逐渐增大,当掺量由0%增至0.7%时,抗压强度和静态回弹模量分别提高30.8%和49.4%;高模量剂掺量对动态模量的影响小于静态回弹模量;高模量剂的加入对相位角的影响很小,表明高模量剂对沥青混合料的黏弹特性影响较小。     

大跨径钢桥面铺装层动力响应研究

为了揭示钢桥梁桥面沥青混凝土铺装的实际受力特性,利用有限元方法对大跨径正交异性钢桥面铺装层的瞬态动力学响应进行了分析和计算。在不同层间接触条件时,对铺装层静力和动力响应计算结果分析的基础上,着重对完全光滑条件下不同加载周期、不同铺装层模量以及不同铺装层厚度等对铺装层动力响应的影响进行了探讨。结果表明,完全光滑和完全连续接触条件下铺装层的动力响应截然不同,完全光滑时铺装层的最大拉应力为完全连续时的近10倍;加载周期及铺装层模量对铺装层的动力响应影响不显著;铺装层厚度对铺装层动力响应影响较大,当铺装层与钢桥面板之间完全滑动时,6 cm左右的铺装层厚度是最不利的。与静力学计算结果相比,动力计算结果更加接近实际情况。     

不同养生温度下半刚性基层材料路用性能试验研究

通过室内试验,研究了在10℃和20℃两种养生温度下,对3种常用的半刚性基层材料进行无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验以及抗压回弹模量试验。试验结果表明：与养生温度为20℃时相比,在养生温度为10℃时,半刚性基层材料的路用性能均有所降低,但是降幅不同。养生温度对半刚性基层材料路用性能的影响大小为：劈裂强度〉抗压回弹模量〉无侧限抗压强度。     

刚性基层沥青路面参数动态反演

为了对刚性基层沥青路面结构的模量反演提供参考,采用谱单元法作为正分析方法,利用实测弯沉时程曲线和理论计算结果构造优化目标函数,通过数值优化方法对沥青路面力学参数进行动态反演,并与传统静态方法反演的结果进行了比较。结果表明：传统静态方法反演得到各结构层的弹性模量,动态方法反演能得到沥青层动态模量主曲线和相位角主曲线以及其他结构层的弹性模量;动态模量和相位角主曲线组成完整的黏弹性参数,可以更全面地描述沥青混合料的力学特性与频率的相关性;动态反演方法采用各传感器处弯沉时程曲线作为优化过程中的约束条件,静态反演方法中仅采用弯沉曲线峰值作为优化约束条件,约束力度远小于动态反演方法,导致静态反演结果的变异性远大于动态反演结果,尤其是基层和底基层,静态方法反演结果的变异系数可达动态反演结果的2倍以上,而且反演得到的各结构层的弹性模量处于材料典型取值范围内的百分比明显小于动态反演结果。静态反演方法易引起"模量窜层"现象,造成反演结果失真,无法客观地对路面结构层进行质量评定;动态反演方法能利用实测弯沉时程曲线的全部信息,保证反演结果收敛于真实值,有效避免"模量窜层"现象,为路面质量评定提供有效途径。     

黄泛区中高液限黏土动、静态回弹模量及预估模型研究

土体回弹模量是路基填料的重要力学指标和路面结构的主要设计参数。针对黄泛区中高液限黏土，开展了3种压实度、3种含水率和3种围压、7种附加应力水平下的动、静三轴试验研究，分别获得了189组工况下的动、静态回弹模量及其相关关系。研究结果表明：土体回弹模量与物理状态和应力水平密切相关，且土体动态回弹模量普遍高于其静态值，动态回弹模量以及动、静回弹模量比均随着偏应力比（附加应力与围压比值）的增加而呈指数式衰减，并可划分为快速衰减区、过渡区和缓慢衰减区，对应的偏应力比分别为0.2~1.0，1.0~2.0和2.0~3.0；在此范围内，土体的动态回弹模量为其静态回弹模量的1.21~1.91倍；同时，获得了土体归一化动态回弹模量与回弹应变的相关关系，提出了黄泛区中高液限黏土归一化动态回弹模量表达式，在偏应力比为0.2~3.0范围内，土体的回弹应变为34×10^-6~2 200×10^-6，处于变化敏感的小应变水平，归一化动态回弹模量随着应变的增加而快速减小，最大衰减至0.54，计算路基顶部竖向压应变的设计指标时，需要考虑动态回弹模量的衰减；最后，对现行规范的土体动态回弹模量预估模型进行了修正，提出了适合黄泛区中高液限黏土的三参数经验公式，并且建立了土体双参数静态回弹模量预估模型，对9种不同物理状态下的土体静态回弹模量进行了可靠预测。     

用FWD评价路面状况的试验研究

应用FWD和自动弯沉仪,以动态弯沉和反算模量平均值为指标实测了两个路面状况不同的段落,结果表明．路面状况与动态弯沉、反算模量关系密切;采用固定路基模量反算比改变路基模量反算时的路面状况差异更显著．并且此种差异与动态弯沉有较好的一致性,可采用FWD准确评价路面状况。     

高模量沥青混合料的力学性能试验研究

为提升普通沥青混合料的模量,采用DXG-2高模量剂,分别对高模量沥青混合料进行劈裂强度、静态回弹模量及动态模量试验,并对力学性能进行对比分析。结果表明:随高模量剂的增加,混合料的抗压强度、静回弹模量逐渐增大,劈裂强度先增大后减小;高模量剂掺量＞0.6%时,其劈裂强度会随之减小,施工中高模量剂量应控制在0.6%为宜;在相同温度和频率下,随着高模量剂用量的增加,沥青混合料的相位角逐渐减小;在同一温度和相同的加载条件下,随高模量掺量的逐渐增加,混合料的动态模量逐渐增大;随着加载频率的增加,混合料的动态模量也会逐渐增大,随着温度的提升,动态模量逐渐减小。     

高抗折强度路面混凝土抗折弹性模量研究

对比分析了不同种类高抗折强度路面混凝土抗折弹性模量,对常用高抗折强度路面混凝土抗折弹性模量与抗折强度关系进行了回归,根据回归方程对其抗折弹性模量与抗折强度进行了预测。