面向30年的长寿命沥青路面设计研究

以江苏省某柔性基层长寿命路面结构为基础,分别采用疲劳极限理论和累积损伤理论进行结构设计研究,分析不同设计理论的关注要点。研究结果表明,采用疲劳极限理论,模量采用20℃下动态模量时,沥青路面结构的力学响应显著低于长寿命路面的设计要求,采用最不利条件下实际温度场对应的动态模量时,原路面结构不能满足设计要求,且沥青层内最大水平弯拉应变出现在中面层底;采用累积损伤理论,低剂量水泥稳定碎石底基层的疲劳寿命难以满足设计要求。综合模量、厚度等敏感因素分析,得到符合设计交通量条件的长寿命沥青路面结构。     

长寿命沥青路面结构材料参数变化的力学响应

在车轮荷载作用下,长寿命沥青路面结构层材料模量变化时,其力学响应有很大不同。文中选取合理路面结构与参数取值范围,采用有针对性的网格划分方法,建立了长寿命沥青路面结构力学响应三维有限元分析模型;并以典型长寿命沥青路面结构为对象,分析总结了结构层材料模量变化时长寿命沥青路面力学响应的变化趋势,为长寿命沥青路面的实践、设计理论与设计方法的研究提供理论参考。     

长寿命沥青混凝土路面抗疲劳层力学特性分析

从长寿命路面的概念出发,分析了长寿命路面的各层功能,并利用正交分析方法分析了抗疲劳层的力学特性,经过计算分析,抗疲劳层的厚度和模量对路面弯沉和抗疲劳层层底拉应变影响不大,但是对沥青稳定基层层底拉应变影响很大。这表明抗疲劳层的设计对于整个路面的力学特性影响很大。     

长寿命路面结构水泥混凝土板表面裸化技术研究

依托许尉高速公路工程,进行长寿命路面研究,给出长寿命路面定义,并提出长寿命路面的具体结构。水泥混凝土板与沥青混凝土层的刚度及模量相差较大,致使两层之间的接触面粘结力不大。为此,提出长寿命路面结构水泥混凝土板表面裸化技术,并设计研制了水泥混凝土路面裸化机,用以裸化水泥混凝土板表面,增强水泥混凝土板与沥青混凝土层之间的粘结力。同时,提出水泥混凝土路面的裸化技术要求、确定裸化时间以及裸化后的养护。     

沥青混凝土路面结构组合力学分析

沥青混凝土路面面层厚度和基层模量是路面结构设计中的重要参数。采用3种典型路面结构,分析基层模量变化时的面层最大剪应力和层底弯拉应变的变化趋势。结果表明,增加沥青混凝土层厚度和增大基层模量能减小层底弯拉应变,有利于获得更长的结构疲劳寿命。同时,基层模量增大使面层剪应力增大。为此,在原有的层底弯拉应变和基顶压应变指标的基础上,提出增加抗剪指标以控制基层模量在合理范围内,防止出现过早的局部损坏。最后,提出了长寿命沥青混凝土路面组合设计的建议。     

共振碎石化后沥青加铺层应力与疲劳断裂分析

针对共振碎石化后沥青加铺层的反射裂缝防治机理和作为长寿命路面结构的应用问题，使用有限元方法对水泥混凝土路面沥青加铺层和共振碎石化后沥青加铺层的受力特性和疲劳寿命进行了分析，研究了共振碎石化后沥青加铺层在各影响因素下的裂缝尖端应力强度因子和疲劳寿命变化规律。结果表明，共振碎石化技术有效减小了沥青加铺层的层底应力和裂尖应力强度因子，疲劳寿命是水泥混凝土路面直接沥青加铺层的8.75倍，可满足长寿命路面的设计要求。共振碎石化后沥青加铺层的疲劳寿命随面层模量和轴载的增大而递减，随共振结构层模量的增大而先减后增，随面层厚度和车速的增大而递增。     

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。     

长寿命沥青路面结构参数变化的三维有限元分析

长寿命沥青路面是目前国际沥青路面界的研究热点。结构层厚度和模量是长寿命沥青路面结构设计中的重要参数。采用三维有限元计算模型,分析了路面结构厚度和模量变化时的力学响应变化趋势。分析结果为设计长寿命沥青路面提供了力学理论基础。     

基于响应面法的沥青路面大修结构优化研究

为了提高沥青路面结构大修的经济性能,以沥青路面大修结构厚度、模量为设计参数,路面结构疲劳损坏的弯沉和最大拉应力作为约束条件,同时引入车辙指标,建立了基于响应面法的路面大修结构全寿命周期费用优化模型。该模型根据Plackett-Burman筛选原理进行实验组合设计,借助二阶响应面模型拟合计算结果,得到在寿命周期下费用最低时的大修结构组合,并检验了响应面的拟合精度。     

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。     

横观各向同性沥青路面结构动力响应分析

考虑到沥青混合料、级配碎石和土基等材料具有明显的横观各向同性特性,采用有限元分析方法研究了FWD荷载作用下横观各向同性沥青路面结构的动力响应。分别考虑了不同水平下沥青面层、碎石基层及土基的横观各向同性特性,研究结构层材料的水平方向弹性模量与竖直方向模量比对路面的动力响应影响规律,并根据AI破坏准则对其服务寿命进行了预估分析。结果表明,面层和基层的模量比对路面动力响应和服务寿命影响较大:面层和基层弹性模量比对沥青层底应力应变及土基底部压应变影响都很显著,基层模量比对路表弯沉影响也较大;当面层模量比减小到0.2时,控制疲劳开裂和车辙的荷载重复作用次数分别减小了87%和65%,当基层模量比减小到0.17时,则分别减小了82%和59%;土基模量比对路面结构动力响应和服务寿命影响较小。基于各向同性特性的现行路面设计偏于危险,应适当考虑道路材料的横观各向同性特性。     

级配碎石沥青路面倒装结构力学响应分析

倒装结构中,级配碎石层由下基层变成上基层,引起受力状态明显变化,分析和了解此变化规律有助于优化路面设计。现采用ABAQUS建立动载下不同沥青路面结构的有限元模型,分析路面在不同结构参数下的力学响应。结果表明:与半刚性基层路面相比,倒装结构能够适当发挥材料的特性,有效防止反射裂缝;但弯沉较大,且容易产生Top-Down裂缝,疲劳寿命较短。可以通过改变各结构层的厚度和模量来改善。     

设置层间功能层的刚性基层水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

针对我国水泥混凝土路面设计与施工中很少关注在刚性基层和水泥混凝土面层之间设置功能层等相关问题,通过动态分析有限元方法,揭示了设置功能层的刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下,各因素对力学响应的影响程度.并采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析.结果表明:对路面结构力学响应的影响顺序依次为面层厚度＞基层厚度＞面层模量＞功能层模量＞基层模量＞功能层厚度＞地基模量＞行车速度,最后通过回归分析得到了路面结构力学响应的计算公式.     

沥青路面结构参数变化对结构特性的影响分析

结构层厚度和模量是沥青路面结构设计中的重要参数。该文采用三维有限元计算模型,分析了路面结构厚度和模量变化时的力学响应变化趋势。结果表明,随着沥青层厚度的增加与半刚性基层厚度的减少,最大弯拉应变呈明显的减小趋势;随着基层模量的增加,最大剪应力呈明显的增大趋势。分析结果为设计长寿命沥青路面提供了力学理论基础。     

CRC+AC复合式路面荷载应力分析

针对CRC+ AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用力学理论和有限元法,建立了基于裂缝模式的CRC+ AC复合式路面的有限元模型,确定了不同裂缝间距下CRC+ AC复合式路面的临界荷位,分析了模量、配筋率、配筋位置等因素变化下,结构层厚度与CRC层最大主应力之间的关系.研究结果表明:临界荷位可能出现在横向裂缝边缘的中部和纵向自由边中部；AC层的模量增加40％左右与AC层的厚度增加1 cm作用基本等效；CRC层的模量减少8.5％左右与板厚增加2 cm的作用基本等效；配筋位置对板内荷载应力的影响不大,建议布筋位置在CRC层的1/2处；基层的模量和厚度对荷载应力的影响较大,模量增加25％板内荷载应力约减小4％.研究结果可为CRC+ AC复合式路面的合理设计提供参考依据.     

广梧高速公路试验路段的路面结构组合设计

路面结构组合设计是路面设计的重要组成部分。以往路面设计方法对路面各层的作用和受力特点考虑不足,从而导致路面结构设计欠合理,致使路面损坏(尤其是重载交通)日益严重。依托广梧高速公路开展的重交通长寿命沥青混凝土路面设计施工技术研究课题,是在吸收国外已有长寿命路面结构研究经验的基础上,结合我国多年的研究实践积累,提出了考虑路面各层受力特点和作用的长寿命路面结构组合设计方法,并修建了3种试验路结构。     

基于动态参数的新型半刚性沥青混凝土路面结构力学分析

基于弹性层状体系理论,借助大型有限元软件ABAQUS建立了新型半刚性路面结构三维有限元模型,引入铺面材料动态模量参数,并编写了UTRACLOAD和DLOAD用户子程序,研究不同车速以及连续变速下的路面结构动力响应,与基于静态参数的路面结构力学响应进行了对比;并分析了特定车速下新型半刚性路面结构与传统路面结构各力学性能指标的差异.结果表明;车速对路面结构各动力响应值的影响较小;车辆在连续变速时,路面结构上中面层受到了更为不利的剪应力作用;相比于静态模量,采用动态模量分析的半刚性基层层底拉应变减小,而沥青混凝土上面层剪应力水平增加;新型半剐性路面结构能有效降低交叉口路段车辙情况发生的几率,提高其抗永久变形能力.     

移动荷载作用下CRC+AC复合式路面三维有限元分析

应用Abaqus构建CRC+AC三维动载模型,通过改变AC层厚、底基层模量、土基层模量、车速等变量,以路表弯沉、路面结构应力、钢筋应力为主要评价指标,揭示CRC+AC复合式路面的动力响应特性。计算结果显示:当基层、土基层等变量已确定时,CRC+AC复合式路面结构存在相应最佳AC层厚度;提高土基模量和施工质量可以较经济实用地提高CRC+AC的受力性能和使用寿命;当选用较大模量底基层材料时,需对AC/CRC层间剪应力进行验算;对各动力响应均有一个临界速度,临界速度两侧车速对各动力响应特性的影响趋势相反。     

下面层不同离析下沥青混合料路用寿命评价

为研究下面层离析对沥青路面使用状况的影响,以连霍(连云港—霍尔果斯)高速公路商丘至兰考段改扩建项目为工程背景,利用ABAQUS有限元软件模拟分析下面层不同离析程度下路面结构力学响应,采用AI设计方法的疲劳计算准则评价沥青路面离析情况下的使用寿命。研究发现该项目沥青路面疲劳开裂的临界荷载点位为轮隙中心的下面层;疲劳部位的粗集料离析对面层使用寿命影响最大,不仅使回弹模量显著降低,而且大大损伤路面结构的抗疲劳寿命。     

基层结构参数对沥青混凝土路面力学响应的影响分析

基于有限元软件ABAQUS,建立沥青混凝土路面结构三维有限元模型,分析了基层结构参数对沥青混凝土路面力学响应的影响。揭示了基层厚度、基层模量和基层与面层或底基层接触条件变化,对路表弯沉、面层层底拉应力和基层层底拉应力等路面力学响应量的影响规律;结合正交试验,提出了在基层结构参数中,路表弯沉受基层厚度影响显著,面层层底拉应力受基层与面层之间的接触条件影响最为显著,基层层底拉应力受基层模量影响显著。