路面结构裂缝线弹性有限元分析

沥青路面基层材料的裂缝尖端存在应力集中,通过引进线弹性模型模拟裂缝尖端的应力应变场的基础上,编制了线弹性有限元程序,进行裂缝尖端的应力应变分析,并采用该程序对缝端应力进行计算分析.     

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。     

基于有限元的半刚性基层沥青路面裂缝断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子和J积分是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,对江苏省典型的半刚性基层沥青路面结构裂缝问题进行了荷载和温度应力数值分析,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面开裂提供依据。     

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。     

Numerical Simulation of Low-temperature Shrinkage Cracking of Asphalt Pavement Based on Cohesive Zone Model

低温缩裂是沥青路面使用过程中遇到的主要病害之一,为了更清楚地揭示沥青路面低温缩裂的机理,基于内聚力模型,运用ABAQUS有限元软件对沥青路面的低温缩裂过程进行数值模拟.建立了粘弹性分析的模型,对约束试件温度应力试验(TSRST)进行数值模拟,其数值模拟结果与试验结果非常接近；拟定路面结构内聚力及粘弹性材料参数,模拟了不同降温时间情况下沥青面层断裂损伤的情况.结果表明:低温缩裂模型中加入粘弹性参数后,路表面层发生初始损伤的起始温度要求更低；从断裂过程上来看,弹性的沥青面层开裂具有瞬时性,开裂过程极为短暂;加入粘弹性材料参数后,沥青路面开裂具有过程性,比弹性的路面结构更接近实际沥青路面的开裂状况.     

半刚性基层沥青路面反射裂缝形成试验及扩展机理研究

基于应变水平进行道路结构起裂层位预估并应用断裂力学理论阐述裂缝形成及扩展原因,采用室内试验测试沥青路面各结构层的极限弯拉应变,研究荷载作用下半刚性基层沥青路面裂缝形成及扩展机理。在试验路段的各层位布设XYJ-2型应变传感器,监测道路结构的应变规律。结果表明:土基回弹模量较低时,原始开裂点在基层及底基层发生;裂缝尖端的应力强度因子均高于材料的断裂韧度,原始裂缝将会由于荷载作用而持续扩张,直至形成贯通裂缝。     

半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标,应用商业通用有限元软件ABAQUS,建立了8节点等参单元的有限元模型,采用奇异单元及断裂力学理论,根据实际情况,选取了不同的层厚、模量和裂缝深度,对半刚性基层沥青路面温度应力裂缝问题进行了数值分析。从理论上分析控制基层开裂的重要意义,建议降低基层水泥含量,同时,面层厚度的增加,对抵抗结构层的温度开裂并不明显,结果能反映路面破坏的现象和规律,为分析沥青路面温度开裂提供依据。     

含表面裂缝沥青路面粘弹性损伤分析

利用粘弹性与损伤的分析理论，对含表面裂缝沥青路面进行了有限元分析，模拟了裂缝的扩展过程，得到了不同加载时间和不同变温的裂缝扩展情况。     

交通荷载作用下玻纤格栅对反射裂缝扩展的影响

为研究交通荷载作用下玻纤格栅对沥青路面反射裂缝扩展的影响,采用ABAQUS有限元软件建立含有反射裂缝的半刚性基层沥青路面结构二维模型,对裂缝尖端的应力强度因子进行计算分析,比较铺设玻纤格栅前后路面面层内裂缝尖端应力强度因子,并分析反射裂缝扩展速率随裂缝长度和面层模量、厚度等的变化。结果表明,促进反射裂缝发展的最不利荷载方式是偏载;设置玻纤格栅后,裂缝尖端剪切型应力强度因子降低41.7%,玻纤格栅可起到延缓裂缝扩展的作用;反射裂缝的扩展速率随着裂缝长度和面层模量的增大而增大,随着面层厚度的增大而减小。     

温度荷载下沥青路面裂缝扩展的数值模拟研究

基于线弹性断裂力学的有限元法,分析了沥青路面开裂以后的温度应力及裂缝在温度作用下的扩展规律,对裂缝尖端的应力强度因子及其与路面温度分布和路面材料特性参数之间的关系进行了数值分析。分析结果表明,在沥青路面的抗裂设计中,合理设计沥青面层的厚度和优选温缩性小的路面材料是提高沥青路面抗裂性能的两个重要方面。     

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。     

设ATPB的半刚性基层沥青路面结构疲劳特性分析

采用断裂力学方法给出了设沥青稳定排水基层（ATPB）的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端应力场和位移场,进而推导出了裂缝尖端的应力强度因子计算公式;利用有限元法分别计算了半刚性基层沥青路面结构和设ATPB的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端的应力强度因子,并利用Paris公式预估了这2种路面结构的疲劳寿命。结果表明：设ATPB可明显提高半刚性基层沥青路面结构疲劳寿命,具有延缓和抑制半刚性基层沥青路面结构反射裂缝的作用。     

沥青路面的热粘弹性温度应力分析

基于沥青路面混合料的热粘弹属性,利用有限元对不同降温条件以及不同结构形式的沥青路面温度应力响应进行了分析,研究了降温速率、初始温度、降温幅度、面层厚度、基层模量和温缩系数对温度应力的影响。结果表明,当温度较高时,沥青路面的温度收缩应力的累积值非常小;初始温度与降温速度对沥青路面的温度应力影响显著;薄的沥青面层容易出现反射裂缝,厚的沥青面层则可能出现由沥青面层表面向基层裂缝发展的对应裂缝;沥青路面的基层模量不宜过大。     

长寿命沥青路面结构粘弹性力学响应分析

沥青混合料具有粘弹性特性,为客观反映长寿命沥青路面结构的行为特性,该文首先对SMA13和AC-10两种沥青混合料进行弯曲蠕变试验,通过拟合得到其粘弹性力学参数,随后采用三维有限元方法,对一种混合式基层长寿命沥青路面在不同温度下的力学响应进行了线粘弹性分析.结果表明:路表轮隙弯沉值、路面结构沥青层底拉应变和基顶压应变都随着荷载作用时间的增加和温度的升高而逐渐增大.低温时,沥青路面结构的粘弹性特性不明显;温度较高时,沥青路面结构的粘弹性特性表现显著,路表轮隙弯沉值、沥青层底的拉应变和基顶压应变的变化较大.     

含裂缝沥青混凝土路面的粘弹性断裂分析

为了研究含裂缝沥青混凝土路面结构工作性状,基于粘弹性断裂力学理论和平面应变有限元法(FEM),采用ABAQUS有限元软件分析了基准温度、路表变温及裂缝长度对含表面裂缝路面和含反射裂缝路面结构的松弛应力强度因子分布规律的影响。无论是对于含表面裂缝路面结构还是含反射裂缝路面结构,均可得出:路表降温幅度增加使松弛应力强度因子增大且应力强度因子松弛曲线逐渐变缓;基准温度对最大应力强度因子几乎无影响,基准温度越高应力强度因子松弛越快;裂缝长度增加导致应力强度因子增大。     

基于有限元分析法在半刚性基层路面反射裂缝的研究

在断裂力学的理论基础上,运用有限元分析法直接计算断裂力学参数,确定温度梯度和交通荷载等对半刚性基层路面反射裂缝的影响。研究结果表明:基层贯通裂缝容易造成裂缝尖端出现应力集中,且偏荷载作用下更易造成反射裂缝产生和扩展;半干性基层路面反射裂缝在交通荷载作用下是加速扩展的;基层反射裂缝扩展过程中,单独交通荷载作用下,裂缝尖端应力场受面层的厚度、模量的影响,单独温度荷载作用下,裂缝尖端应力场面层模量、基层温缩系数的影响;当交通荷载和温度荷载共同作用时,裂缝尖端应力场有两种荷载共同决定,且低温收缩应力能有效降低由于交通偏载造成的剪切型应力强度因子。     

透水沥青面层裂缝扩展的动水压力影响分析

水和行车荷载共同作用下,沥青路面结构内部将产生动水压力。为了解随荷载作用变化的动水压力对透水沥青路面结构内部初始裂缝扩展的影响,基于ABAQUS有限元方法和线弹性断裂力学原理,引入裂纹尖端奇异单元,考虑不同的初始裂缝长度,对水和行车荷载共同作用下透水沥青路面结构内部裂缝尖端附近应力场和位移场进行分析,计算相应的张拉型和剪切型应力强度因子。结果表明:水的存在改变了透水沥青路面结构内部的应力场,对荷载作用下沥青面层裂缝的张拉型和剪切型扩展有一定的影响,但由于透水沥青路面结构具有良好的排水性能,可以有效地缓解动水压力对沥青面层已有裂缝的劈裂作用。     

半刚性基层沥青路面反射裂缝形成机理及防治措施

结合高速公路沥青路面施工工程实例,针对沥青路面温缩和干缩特性,在收缩应力作用下易产生收缩裂缝的缺点,阐述了高速公路沥青路面裂缝产生机理,提出了防治反射裂缝的控制措施.     

基于数值模拟的半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展路径分析

为了深入研究半刚性基层沥青路面反射裂缝的破损机理,应用离散元软件建立了半刚性基层复合结构模型,计算分析了裂缝尖端处的应力场,研究了在荷载作用下沥青路面裂缝的扩展规律,以及集料及空隙等沥青混合料细观结构因素对反射裂缝扩展路径的影响机理。结果表明:随着加载次数增加,裂缝尖端处应力降低,应变增加,黏结刚度下降,黏结损伤逐渐累积致使裂缝开展;规则对称的粗集料裂缝扩展会围绕集料对称地向上开裂,形状及相对位置不对称的集料反射裂缝会趋向于从损伤速率较快的一侧向上开裂;空隙会加剧裂缝尖端处的应力集中,裂缝会趋于向着空隙开展。     

半刚性基层沥青路面对基层状况的荷载响应

根据半刚性基层沥青路面实际应用,采用Ansys分析软件,分析基层材料在完整、松散及收缩裂缝状态下路面荷载的响应、路面结构层的应力、应变和位移情况。分析表明:1)基层材料松散对面层层底拉应变,路面弯沉及路基顶的压应变影响显著;2)横向干缩裂缝可改变沥青面层层底最大拉应变方向,对层底拉应变影响较显著。分析结果对减少半刚性基层收缩裂缝,提高路面使用寿命有一定理论指导作用。