不同橡胶沥青路面结构静载力学数值分析

为探讨不同结构沥青路面在静载作用下的力学性能,基于ANSYS有限元理论,拟定3种类型橡胶沥青路面结构并建立静力学有限元模型,分别针对沥青层层底拉应变、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力进行数值分析。结果表明,3种结构路面在荷载作用下沥青层第一层层底均出现压应变,路面深度增至临近第二层层底时逐渐转变成拉应变;沥青层层底发生拉应变主要是由于沥青层模量和基层类型的影响;3种结构沥青路面层剪应力均随着路面深度的增加呈现先增后减的趋势。     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

级配碎石过渡层沥青路面结构设计方法研究

基于级配碎石过渡层沥青路面结构典型病害——车辙和疲劳开裂,确定控制级配碎石过渡层沥青路面4个设计指标:沥青层底弯拉应变、级配碎石层顶面竖向剪切应力、半刚性基层层底弯拉应力与路基顶面竖向压应变,给出推荐容许值和路面结构设计流程图;在不同土基强度和交通量分级下,给出级配碎石过渡层沥青路面的合理结构。     

复合基层沥青路面结构设计方法研究

分别从路表弯沉值、承重层、设计使用寿命和路面分析年限等方面分析了现行公路沥青路面设计方法存在的不足;研究了复合基层沥青路面损坏的主要类型,提出了适合我国复合基层沥青路面设计控制指标与标准。分析了主要设计控制指标沥青层层底拉应变、半刚性层底部拉应力和辅助设计控制指标路表弯沉值、路基顶面压应变的控制标准,提出了基于疲劳、车辙和弯沉的复合基层沥青路面设计方法。结果表明:复合基层沥青路面主要设计控制指标与标准为:沥青层层底拉应变εr≤65με、半刚性层底部拉应力σm≤σR;辅助设计控制指标与标准:路表弯沉值l s≤(45H F-210)N-0.2e、路基顶面压应变εz≤180με。     

基于三维黏弹有限元法的沥青路面结构力学响应分析

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究。采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应。利用有限元分析软件ABAQUS,建立了基于实测参数的典型半刚性基层沥青路面三维黏弹有限元仿真模型,分析路面结构在不同加载位置下的力学响应,并与加速加载实测结果对比,验证模型的可行性;同时,对路面结构内部的力学响应规律进行分析。结果表明:所建立的仿真模型能较合理地模拟路面结构内部力学响应;沥青混合料黏弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点。对于沥青层,中面层和下面层上部剪应力和剪应变较大,为车辙发生的薄弱部位;对于沥青层底、水泥稳定碎石层底,控制疲劳开裂的力学响应为水平纵向拉应力和拉应变。     

减薄高模量沥青路面厚度的可行性分析

在沥青混合料中添加外掺剂提高沥青路面模量的同时,使建设成本增加,通过减薄沥青层厚度可获得经济效益上的平衡。对比分析了原路面与减薄后的高模量路面在沥青混合料层永久变形量、沥青层底拉应变、无机结合料稳定层层底拉应力及路基顶面竖向压应变四个设计指标下的力学响应。结果表明:减薄后的高模量沥青路面永久变形量降低、疲劳寿命略有提高。     

级配碎石基层沥青路面复合土工格栅最佳层位研究

为优化级配碎石基层沥青路面复合土工格栅结构,基于层状结构体系理论,采用黏弹性模型和Mohr-Coulomb模型表征沥青面层和级配碎石层的特性,通过Abaqus建模分析典型路面结构的应力、土工格栅的抗开裂性能和疲劳寿命,确定和试验路验证了土工格栅的最佳层位。结果表明:土工格栅位于沥青面层与级配碎石层交界面处时,级配碎石层受压,沥青层底的最大拉应力和拉应变最小,且结构疲劳寿命最长。综合考虑级配碎石厚度和模量对沥青层和半刚性基层层底最大拉应力的影响,建议级配碎石的模量≥300 MPa,厚度取15~20cm。研究成果可为复合路面结构提供设计理论依据和施工经验。     

移动荷载作用下组合式沥青路面结构受力特性分析

基于Abaqus有限元软件进行二次开发,建立了移动荷载作用下组合式沥青路面结构三维有限元模型,分析了不同行车速度下组合式沥青路面结构力学影响规律;结合正交试验,对路面结构层厚度进行了敏感性分析。结果表明:面层层底拉应变、底基层层底拉应力随行车速度的增大而减小,且行车速度越慢,路面结构所经历的力学响应波动循环越多、持续时间越长,对路面结构受力越不利;可采用增加面层厚度的方式提高组合式沥青路面结构抵抗疲劳开裂、永久变形和反射裂缝的能力,并尽量将运行车速控制在60 km/h以上;在组合式沥青路面结构设计时,应注意提高面层上部和中部的抗剪性能,同时加强各沥青结构层间的黏结。     

长寿命沥青路面沥青层力学分析及其层位划分研究

基于我国沥青路面设计理论及标准,参考国际成功的长寿命沥青路面结构,选取不同的长寿命沥青路面结构与材料参数,如结构层厚度、模量和泊松比等,采用BISAR3.0路面力学计算程序计算不同深度处的力学响应,分析其计算结果。数据分析结果表明,对于长寿命沥青路面结构:其力学响应规律具有普遍性,在综合考虑各种结构层材料性能与厚度条件下,沥青层内0~7 cm为高受力复合区域,是各种损坏最易发生区域;沥青层最大拉应变易出现在沥青层表面和沥青层底面,是产生路表开裂和沥青层底疲劳开裂的主要原因;沥青层合理划分为3层,分别为磨耗层、联结层和下承层,给出了各结构层应满足的力学性能要求及厚度范围。     

耐久性基层沥青路面结构比选研究

以某新建公路工程为背景,运用ABAQUS软件建立路面结构三维模型,针对工程初步设计供选的三种耐久性基层沥青路面结构进行力学响应和疲劳寿命对比分析,得出以下结论:①RCC基层、加强型半刚性基层路面结构的路表弯沉峰值较于倒装式半刚性基层路面要小,故该路面结构的承载能力更优;②RCC基层、加强型半刚性基层和倒装式半刚性基层路面结构的沥青层层底拉应变差距较小,故均具有良好的抗疲劳损伤性能和使用性能;③倒装式半刚性基层路面结构的沥青下面层层底拉应力峰值较小,故抗拉开裂性能较优;④RCC基层沥青路面结构的半刚性基层和底基层的层底拉应力以及疲劳寿命较于其余两种路面结构要小,故RCC基层沥青路面结构的抗疲劳能力、抗拉压性能较优;⑤三种路面结构中RCC基层的各项性能较优,故工程路面结构推荐RCC基层。     

重载作用下典型路面结构动态响应数据采集与分析

通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律。研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应。     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

轴重与胎压对半刚性基层沥青路面动力响应影响理论研究

采用多目标参数评价方法,分析了车辆轴重和胎压对路面结构动力响应的影响,建立移动荷载下粘弹性层状体系动力学模型。结果发现,路面结构动力响应随着轴重和胎压的增加而增加,轴重和胎压对路面结构的动力响应具有耦合性。0.7 MPa胎压下,轴重达到250 kN时,面层底部弯拉应变和土基顶部竖向压应变均小于永久性路面结构设计指标,可作为校核指标;面层底部水平剪应变远大于层底弯拉应变,可作为半刚性基层沥青路面动态设计的主要设计指标。因此,提高面层与基层之间的粘结强度是提高半刚性基层沥青路面结构使用寿命的关键。     

倒装结构沥青路面面层层底拉应变分析

沥青路面面层层底拉应变是控制面层材料疲劳损坏的重要指标。应用BISAR3．0（Bitumen Stress Analysisin Road）程序对倒装结构沥青路面面层层底拉应变进行分析,明确了面层层底拉应变与面层厚度、级配碎石过渡层厚度及级配碎石模量的关系。     

不同面层组合形式下灌入式复合路面力学特性研究

针对灌入式复合路面结构设计中所需的路面应力和变形等情况,研究结合弹性层状理论体系,采用ABAQUS软件建立了不同面层组合形式下灌入式复合路面的力学仿真模型,包括:上中面层同为改性沥青混凝土或者水泥砂浆灌入式混凝土、上面层改性沥青混凝土+中面层水泥砂浆灌入式混凝土、上面层水泥砂浆灌入式混凝土+中面层改性沥青混凝土等,仿真计算出不同结构类型路面的层底应力、应变和路表弯沉等力学指标.结果显示,与普通路面结构相比,当水泥砂浆灌入层同时作表面层和中面层时,其层底拉应力和路表弯沉分别减少25.7%和50.9%;水泥砂浆灌入层作中面层时,相关力学性能也优于普通路面结构;水泥砂浆灌入层作表面层时,最大拉应力的影响范围要大于普通路面结构.研究结果表明,表面层和中面层均采用水泥砂浆灌入层的结构力学性能最优,为最佳的设计方案;中面层采用水泥砂浆灌入层的结构次之,不推荐采用水泥砂浆灌入层单独作表面层的结构方案.      

多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

城镇道路沥青路面结构设计指标体系的完善——《城镇道路路面设计规范》制订新理念

该文介绍了在编制中华人民共和国行业标准《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)过程中,借鉴国外与国内公路研究成果,并考虑城镇道路自身特点,完善沥青路面结构设计指标体系,首次引入了设计可靠度,形成了以路表弯沉值、柔性基层沥青层层底拉应变、半刚性材料基层层底拉应力和沥青层剪应力为设计指标的沥青路面结构设计方法,专门开发了城镇道路沥青路面结构设计计算系统(PDS-CJJ169)V1.0,申请了软件著作权(2012SR017789)。     

重载交通半刚性基层条件下沥青面层的力学响应研究

为研究重载条件下半刚性基层沥青面层的结构力学响应,运用ABAQUS有限元软件计算半刚性基层沥青路面的弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力,分析轴重、基层模量及厚度对力学响应的影响规律,并通过多因素方差分析研究各因素的影响敏感性。结果表明:轴重对弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力的影响最明显,基层厚度次之,基层模量的影响最小。     

基-面层间粘结状态对沥青路面车辙的影响

通过有限元软件模拟基-面层间局部不同粘结状态的沥青路面结构,计算分析了路面处于弹性阶段时荷载作用下的力学响应,结果表明：在车辆荷载作用下,由于基-面层间出现局部完全滑动,路面各面层底最大主拉应变都有增大,最大剪应变以表、中面层底变化明显,竖向压应变以越靠近牯结状态变化区越大;车轮制动,竖向荷载与水平荷载的联合作用加大了路面结构的变形.在此基础上,进行了室内车辙试验,较好地验证了,由于结构层间局部粘结失效,会导致沥青路面出现车辙.