水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析

为研究行车水平荷载对沥青路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了不同水平荷载作用时沥青砼路面结构的力学响应规律,分析了半刚性基层厚度和土基模量对水平荷载产生应力的影响。结果表明水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6cm以内,路表最大剪应力和最大剪应变随水平荷载增大而显著增大,半刚性基层厚度或土基模量的变化对水平荷载产生的应力影响不大。     

重载交通对混合式基层沥青路面结构力学响应研究

通过运用ABAQUS有限元软件建立混合式基层沥青路面结构三维模型,针对不同轴载作用下的路面结构力学响应展开模拟分析,得出以下结论:随着轴载的增加,混合式基层沥青路面结构的路表弯沉、层底拉应力、层底压应力以及面层最大剪应力均逐渐增大;在轴载作用下,路面结构的路表弯沉、压应力及沥青面层的拉应力沿路面宽度方向呈"W"型对称分布,基层拉应力则呈倒"U"型对称分布;沥青面层的最大剪应力随着路表深度增加呈先增后减变化,而路面结构的压应力则随之逐渐减小。     

重载条件下沥青路面结构力学响应分析

分析淮海经济区典型沥青路面结构在重载交通条件下的力学响应,为该地区合理设计路面结构提供参考。设定5个荷载等级,采用ABAQUS软件计算2种典型结构的弯沉、压应力、层底拉应力和剪应力,并分析其分布特性及随轴载的变化规律。结果表明:路表弯沉、压应力在Y向呈W型分布,峰值位于当量圆圆心处;沥青面层各层层底均受压,Y向呈W型分布,峰值出现在当量圆圆心,基层和底基层均受拉,Y向呈倒U型分布,峰值出现在轮隙中心;距路表0~2 cm深度处,剪应力在轮边缘有应力集中现象,峰值出现在轮边缘,距路表7~15 cm深度处,剪应力应力集中现象不太明显,最大剪应力分布在当量圆圆心附近;随着轴载的增加,路面结构力学响应均随之增加。     

高温重载作用下沥青路面结构力学响应分析

为研究高温重载耦合作用下沥青路面结构力学响应特点,采用ANSYS软件定量分析了高温重载交通对沥青路面路表弯沉和结构应力的影响规律。分析结果表明:1)路面弯沉与轴载呈正线性相关,高温环境中,竖向位移最大值随轴载的增加而增大;2)高温重载作用下,结构应力均有增长,面层拉应力比基层拉应力增幅更明显,但高温对压应力增幅影响不显著,常温中面层剪应力最大;高温超限100%条件下,面层压应力为常温标准轴载的2倍,面层剪应力为标准轴载的2.21倍。     

Analysis of Asphalt Pavement Structural Premature Damage Position and Countermeasure

为了分析沥青路面结构早期损坏发生的层位,采用有限元方法对目前常见的半刚性基层沥青路面建模,模拟分析了动静荷载作用下沥青路面各结构层的应力应变特性及最大剪应力随路面深度变化特点,从路面力学响应的角度分析了路面早期病害类型出现的层位以及各个层位应具备的抗病害的特性,进而对抗病害时策进行了试验路研究.研究结果表明,距沥青路面路表0～3 cm的区域应力三向受压应力波动较大;距路表2～10 cm的区域属于高剪应力区域,易发生车辙;沥青路面层底在静栽作用下受拉应力作用,在循环动载情况下受拉压重复作用易发生疲劳破坏.     

沥青路面复合基层的合理结构研究

为了确定沥青路面柔性基层与半刚性基层组成的复合基层的合理结构．通过构建复合路面计算模型．利用BISAR程序计算了不同轴载作用下路表弯沉、路面各层底应力、各结构层的顶面压应力及各层面剪应力．并对其分布规律进行了探讨。通过调整面层、柔性基层与半刚性基层的厚度．对复合基层沥青路面进行了重载作用下结构内力响应分析,并提出了复合基层设计参数的合理取值。     

层间接触状态对沥青路面结构性能影响分析

为了研究不同接触状态(连续、弱连续、光滑3种状态)对沥青路面结构影响,采用Ansys建立了典型半刚性基层沥青路面结构模型,计算了沥青路面结构在不同接触状态下的力学响应,以及路表弯沉、最大剪应力、层底拉应力、层底拉应变对路面结构的影响。结果表明:随着层间接触从连续转变为光滑状态,路表弯沉迅速增大、相应的层底拉应力也迅速增长,进而使得横向裂缝发生几率急剧增大。因此结构层间接触状态的变化将会引起结构层内应力波动,使得主应力应变向不利方向发展,所以路面层间接触的设计和施工非常重要。     

基于三维有限元混合料均匀性对沥青路面力学反应影响研究

基于ABAQUS有限元软件建立三维沥青路面模型,通过计算两种典型沥青路面的不同结构层混合料发生不均匀性时,在行车荷载作用下各层层底的应力、应变和位移量,研究沥青混合料均匀性对沥青路面力学反应的影响。结果表明:沥青混合料均匀性影响路面力学反应参数;相同的行车荷载和环境因素下,柔性基层沥青路面的位移量比半刚性基层沥青路面的位移量大;沥青路面中拉应力几乎总是出现在路表面和基层层底,且出现在半刚性基层沥青路表面的拉应力一般比柔性基层沥青路表面的拉应力大。     

连续变温沥青路面车辙变形数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立三维半刚性基层沥青路面结构的温度场模型,输入某地区夏季高温1天24 h温度,考虑了沥青路面材料性质(弹性模量、蠕变参数)随温度变化的特征,进行持续变温的车辙变形模拟分析。主要研究高温时,路面在不同行车速度作用下,不同深度结构层竖向变形、剪切蠕变、压蠕变规律。结果表明:竖向变形、剪切蠕变、压蠕变值在整个行车道路横向范围内呈正负交替变化。不同层位的竖向变形、剪切蠕变、压蠕变变化规律不相同,但同一层位变化规律是一致的,都随着行车速度的降低而增加,而且发现当车速处于中低速(30~80 km/h)时,车速增大对竖向变形、剪切蠕变和压蠕变的减小程度均明显高于中高速(80~120 km/h)。路表位置轮载外侧边缘受到拉、剪切的综合作用,也验证了拉应力和剪应力作用下,轮胎轨迹外侧边缘容易出现纵向裂缝。而路表正最大剪切蠕变出现在左侧轮迹内侧右边缘,负最大剪切蠕变出现在右侧轮迹内侧左边缘。所以在路表处轮迹内侧边缘容易出现剪切破坏的裂缝。剪切蠕变、压蠕变主要出现在中面层(4~10 cm范围内)。在沥青路面设计时,上面层与中面层需要选择时间硬化蠕变模型中A,n参数变化对温度敏感性小的沥青混合料,以提高沥青路面的抗车辙能力。     

半刚性基层与沥青层之间界面条件对结构性能的影响

利用弹性层状体系理论计算了在不同层间条件下的半刚性沥青路面沥青层中的剪应力、拉应力分布情况及路表弯沉值,分析了基层与沥青层之间由于层间界面条件变化引起的路面结构受力状态的变化。计算表明基层与面层保持连续的界面条件是十分重要的;过分致密不透水的半刚性基层有可能造成路面的早期损坏。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Research on Adaptability of Semi?rigid Material as Base Course for Long-life Asphalt Pavement

In　the　light　of　semi?rigid　material　as　base　course　for　perpetual　asphalt　pavement,the　bearing　capacity　and　fatigue　life　of　asphalt　pavement　with　semi-rigid　base　cause　and　different　asphalt　layer's　thickness　were　computed　with　BISAR30　after　chosen　typical　pavement　The　impact　of　thickened　layer　on　the　stress　of　the　semi?rigid　base,the　dry　shrinkage　and　temperature　shrinkages　of　the　material　were　analyzed,and　its　adaptability　as　base　for　perpetual　pavement　was　studied　The　result　shows　that　(1)　under　the　same　load,with　thickening　of　the　asphalt　layer,the　compressive　stress　on　the　top　and　the　tensile　stress　at　the　bottom　of　the　semi?rigid　base　decrease　obviously　and　the　fatigue　life　of 　the　base　increases　substantially;　(2)the　impact　of　temperature　and　humidity　on　the 　semi-rigid　base　is　remarkably　weakened,which　leads　to　the　fractures,erosion　and　reflecting　cracks　of　the　semi?rigid　base　to　be　controlled　effectively     

沥青路面Top-Down开裂成因的有限元分析

源于路表面的轮迹带附近的纵向开裂(Top-Down开裂)是重交通沥青路面的主要损坏类型之一,也是国际沥青路面工程界对道路损坏研究的新热点。为此在实测轮胎接地压力的基础上,建立了路面结构的三维有限元模型,计算出4条实际道路的最大拉、剪应力值及其位置,绘制了它们的等值线图。对最大拉、剪应力位置与开裂现象,最大应力值与应力强度进行了比较和分析。分析结果表明,轮载下强大的剪应力是造成Top-Down开裂的主要原因。     

不同基层状态下的沥青路面荷载应力分析

为比较在行车荷载作用下,基层未开裂及开裂状态不同时沥青路面结构内的应力响应情况,采用有限元方法对不同工况分别建立模型,计算分析水泥稳定碎石基层沥青路面在不同水平荷载、层间条件时,结构内的应力分布。分析表明,层间粘结状态是影响裂缝扩展的重要因素;面层-基层粘结不好时,面层底部的拉应力和剪应力值都急剧增长,即使基层不开裂,面层内也会产生由下而上的横向裂缝及沿行车方向的纵向裂缝;已开裂但尚未沿深度方向贯穿基层的横向裂缝在荷载作用下会迅速反射至面层;待基层收缩裂缝充分发展并进行处治后,再铺面层可减少和延缓反射裂缝。     

沥青稳定基层沥青混凝土路面抗剪性能的理论分析

沥青稳定基层沥青混凝土路面是否会出现严重车辙,为人们所担忧。理论计算分析表明,在静力荷载作用下沥青层中最大剪应力发生在深度8 cm处,且随着基层厚度的增加剪应力降低,故采用沥青稳定柔性基层不会产生结构性车辙;当基层模量增大时,沥青层中下层剪应力反而增大;沥青混凝土面层采用高模量材料能有效降低剪切应变,而当采用复合基层时也有利于面层剪应力的减小。     

水平荷载作用下沥青路面表面开裂机理分析

基于线弹性力学和有限元方法，建立路面结构三维模型。计算垂直荷载、水平荷载及其组合作用下沥青路面力学响应，分析沥青路面表面开裂的机理。结果表明，沥青路面表面裂纹是水平荷载与垂直荷载组合作用导致的剪切或拉伸破坏，水平荷载是破坏的主要因素。