级配碎石基层沥青混凝土路面非线性力学响应分析

为了明确级配碎石柔性基层沥青混凝土路面结构层位功能,就沥青混凝土面层厚度、级配碎石基层厚度和模量3个路面结构参数对级配碎石柔性基层沥青混凝土路面进行非线性力学响应分析,结果表明:面层厚度增大,基层最大剪应力降低,且面层厚度为9 cm时面层剪应力最不利,12 cm时面层层底拉应力最不利;基层厚度对基层剪应力影响不显著,且当基层厚度为30 cm时,面层剪应力、层底拉应力均出现最小值;当增大基层模量时,面层最大剪应力、层底拉应力和基层最大剪应力均有不同程度降低.     

结构参数对倒装式沥青路面力学响应影响分析

采用Bisar软件建立路面结构计算弹性层状体系模型,通过改变级配碎石（水稳）基层的厚度和模量,对倒装式沥青路面力学响应进行分析,揭示了级配碎石（水稳）基层的厚度和模量变化对沥青路面弯沉、沥青面层层底拉应力和水稳基层层底拉应力等路面力学响应的影响规律;结合正交试验,提出在基层结构参数中沥青路面弯沉主要受级配碎石基层模量和水稳基层厚度的影响,沥青面层层底拉应力基本不受基层厚度和模量的影响,因而应考虑面层与基层间的粘结情况,水稳基层层底拉应力主要受水稳基层厚度的影响。     

设置级配碎石功能层的沥青路面有限元模拟

级配碎石功能层指在半刚性基层与沥青面层之间铺筑10~15 cm厚的级配碎石,形成的倒装结构。级配碎石具有典型的非线性力学特性。利用有限元法,建立级配碎石功能层的沥青路面三维有限元模型,通过数值计算,得到沥青面层层底最大拉应力、沥青面层内剪应力以及半刚性基层底部最大拉应力。计算结果表明:级配碎石功能层厚度设计为10~15 cm,回弹模量设置超过300 MPa比较合理。     

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。     

基于高温条件的级配碎石柔性基层结构响应三维有限元数值分析

采用三维有限元对高温条件下的几种以级配碎石为基层的柔性和半柔性基层沥青路面结构进行数值模拟分析,分析表明:级配碎石基层顶面的最大压应力与底基层模量之间呈幂函数关系,级配碎石基层顶面的最大压应力随底基层模量的增加而单调增加;当沥青面层较薄时,级配碎石基层顶面最大压应变与底基层模量之间呈正相关性;当沥青面层较厚时,级配碎石基层顶面最大压应变随底基层模量的增加先减小后增加,存在一个压应变极小值;与底基层模量相比,沥青面层的厚度变化对级配碎石基层顶面最大压应力和压应变的影响大得多。     

基于沥青路面结构层疲劳寿命的路面结构层模量组合研究

考虑路面各结构层不同的模量组合,建立不同路面结构的有限元模型,分析基层模量和底基层模量对于沥青面层层底拉应力和底基层层底拉应力的影响规律,并通过沥青路面抗疲劳开裂的经验公式,预测不同路面结构组合的沥青路面疲劳寿命,分别对沥青面层和基层合理的模量组合,以及底基层和路基模量匹配进行研究.结果表明:当面层与基层模量比值(E面层/E基层)小于1.8时,沥青面层疲劳寿命随E面层/E基层的增加迅速降低,E面层/E基层大于1.8时,面层疲劳寿命随E面层/E基层的增加缓慢降低,疲劳寿命预测值降为2.3万～160万轴次;底基层模量和路基模量比值(E底基/E路基)较低时,底基层疲劳寿命随E底基/E路基的增加迅速降低,E底基/E路基大于20∶1时,底基层疲劳寿命缓慢降低,疲劳寿命的预测值已经降低到200万标准轴载作用次数以下;通过考虑E面层/E基层和E底基/E路基的路面疲劳寿命等值线图,可以确定路面设计疲劳寿命对应的E面层/E基层和E底层基基/E路基的合理取值.     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

沥青面层和层间处治措施对再生水稳基层路面反射裂缝的影响分析

反射裂缝是再生水稳基层的主要病害,沥青面层的厚度、模量以及层间处治措施如土工格栅、SBS沥青混合料应力吸收层和橡胶沥青碎石层等是影响反射裂缝的主要因素。该文结合再生水稳基层路面结构参数,通过有限元建模计算并定量分析了面层的厚度、模量和3种层间处治措施对表征裂缝反射能力的沥青面层底部应力的影响。结果表明:在一定范围内提升沥青面层和层间处治层厚度均能有效缓解面层底部的应力集中现象,但两者模量的提高会加大面层底部的剪应力和弯拉应力;且以上层间处治措施中SBS沥青混合料层间处治层对降低沥青面层底部应力集中最为显著。     

面层模量对重载交通沥青路面受力特性及使用寿命的影响分析

面层模量是路面设计的重要力学参数,它的取值将直接影响到路面结构的设计结果及受力特性。应用路面计算程序,系统分析面层模量变化对重载交通沥青路面路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力以及路面结构疲劳寿命的影响,并阐述其影响规律。结果表明,面层模量对重载交通沥青路面的受力与变形特性及使用寿命具有显著的影响,提高面层模量值将增大面层应力,显著减小路表弯沉值、基层及底基层层底拉应力,进而提高路面的疲劳寿命。     

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。     

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。     

碎石化后沥青加铺层应力对比分析

碎石化是一种旧水泥混凝土路面处治重要技术,它能降低建设成本,加快建设周期。文章基于有限元分析方法,首先对比分析了碎石化后加铺沥青面层和同厚度级配碎石层上加铺沥青面层的应力,结论认为碎石化后沥青加铺层底的拉应力要小于级配碎石的情况,证明碎石化后水泥混凝土板块优于级配碎石的力学性能;然后,通过改变碎石化层中两个主要分层的厚度和模量,分析不同的破碎程度对加铺层应力的影响,结论认为,碎石化下层厚度在10cm左右时,既能保证碎石化层仍然具有一定强度使沥青层底拉应力不至于过大,又能起到防止反射裂缝的作用。碎石化下层厚度不变时,加铺沥青层的受力状况随着碎石化下层模量的增大会稍有改善,拉应力、拉应变和弯沉都会有所减小,总体幅度在3%~9%之间。     

沙漠公路倒装式沥青路面力学性能研究

沙漠地区昼夜温差大,年最热月、最冷月极端气温均较为明显,公路产生温缩、干缩开裂病害难以避免,造成路面结构强度下降。基于此,提出沙漠公路倒装式沥青路面结构试验段方案,利用粒料类柔性基层防止或延缓沥青路面反射裂缝。根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）中路面结构验算方法,采用HPDS计算软件,分析研究倒装式沥青路面级配碎石层厚度、模量对路面结构力学性能影响以及路面结构的疲劳衰减性能。结果显示：级配碎石层过厚,容易造成沥青层的弯拉疲劳开裂,且路表弯沉值小幅减小,而厚度过小,不宜压实,容易产生离析,应以15～18 cm为宜;级配碎石层回弹模量越大,半刚性层疲劳开裂和沥青混合料层疲劳开裂对应的累计当量轴次以及沥青混合料层永久变形量均增大,半刚性层层底拉应力明显减小。     

倒装基层沥青路面力学响应的灰关联分析

为了研究交通荷载作用下倒装基层沥青路面的力学响应,采用灰关联熵分析方法计算分析了沥青层厚度、级配碎石层厚度、水稳层厚度、沥青层模量、级配碎石层模量和水稳层模量对力学响应指标的影响的显著程度。结果表明:水稳层厚度、沥青层厚度和水稳层模量对沥青路面抗车辙破坏有显著的影响,因此从抗车辙的角度考虑,应适当增加沥青层和水稳层厚度,提高水稳层模量。影响沥青层疲劳寿命的最主要因素为沥青层厚度,影响无机结合料层疲劳寿命的最主要因素为级配碎石层模量,因此从路面抗疲劳性能考虑,应该重点增加沥青层厚度和提高级配碎石层模量。     

基于正交理论的硬质沥青混凝土路面力学指标分析

为进一步了解硬质沥青混凝土路面的力学响应,采用正交分析方法分析中面层模量、中面层泊松比、下面层模量和面层厚度组合变化对沥青混凝土路面路表弯沉值和最大层底弯拉应力的影响.分析结果表明,面层厚度组合和中面层模量对路表弯沉值和最大层底弯拉应力的影响很大,增加沥青混凝土层厚度、提高中面层模量能够减小层底拉应力和路表弯沉值.硬质沥青混合料具有较高的模量,能提高沥青混凝土路面的整体力学性能.     

沥青路面路基结构组合优化力学数值探析

采用ABAQUS建立了沥青路面结构的三维有限元模型,对典型沥青路面的动力学特征进行了模拟计算,通过分析路面结构动力响应量和结构参数的关系,获得了两者的正负相关性,并提出了改善路面结构受力状态的有效途径。研究结果表明:面层模量一定时,随基层模量的增加,路表弯沉下降,半刚性路面和组合式路面基层层底应力增加;当基层模量一定时,随面层模量的增加,半刚性路面路表弯沉的变化较小,倒桩式路面和组合式路面路表弯沉变化明显,且组合式路面的基层层底应力明显提高;随基层模量增大,半刚性路面收底基层层底应力变化显著,受面层模量影响较小;当面层模量达到2 000 MPa后,基层模量对倒桩式路面底基层层底应力影响可忽略;面层模量较高时,基层模量和面层模量的增加,组合式路面的底基层底应力减小;随基层厚度的增加,路面各力学响应指标逐渐减小,基层厚度大于40 cm时,通过增加基层厚度来改善路面疲劳开裂效果减弱;基层厚度小于20 cm时,底基层的弯拉应力较大,路面基层为主承重层,承担较大的荷载作用,因而可通过提高基层厚度来抑制弯拉破坏,改善基层受力。     

低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面结构力学分析

针对低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面,选择我国当前高速公路和干线公路半刚性基层沥青路面典型结构型式,采用弹性层状体系力学分析软件Bisar3．0分析计算路面结构层底拉应力,并考虑基层厚度和模量、不同面层厚度对其的影响。计算结果表明：增加底基层厚度对于层底拉应力影响较小,底基层厚度增加10cm,基层层底拉应力仅降低0．023MPa;底基层模量对基层层底拉应力有显著影响,其模量越高,基层层底拉应力就越小;面层厚度对基层层底拉应力影响较大,基层层底拉应力随面层厚度的增加逐渐减小,当面层厚度在18～20cm时,水泥稳定层层底拉应力为0．086～0．082MPa。     

水稳碎石沥青路面基层最小厚度研究

通过对水泥稳定级配碎石材料进行弯拉疲劳试验,得到了水泥稳定级配碎石的疲劳方程;建立不同结构层厚度下的路面结构模型,分析了水稳碎石基层沥青路面在不同标准轴载作用次数下的结构响应,确定了弯沉和结构疲劳寿命分别控制下的水稳碎石基层最小厚度,面层厚度为5、10、15cm时,基层最小厚度分别为32.3、34.2、36.5cm。基层最小厚度结果表明,面层厚度5cm时,基层最小厚度的有效控制指标为结构层疲劳寿命;面层厚度10、15cm时为弯沉。     

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。     

级配碎石复合式基层沥青路面力学响应研究

级配碎石复合式基层沥青路面结构能够有效解决半刚性基层所存在的病害问题。为了了解落锤式弯沉仪(FWD)作用下沥青路面的动力响应特性,采用ABAQUS软件建立两种路面结构有限元模型,分析了复合式路面结构与半刚性基层路面的差异,并研究了不同路面结构参数条件下的各结构层特征及其影响相关性。结果表明:在相同路面结构条件下,通过数值模拟分析得到的路表弯沉数值与路面实测结果的趋势是一致的,具有很高的相关性;采用级配碎石基层替代部分水泥稳定碎石,在一定程度上削弱了路面结构的整体刚度和抗疲劳性能;对路面结构进行半正弦曲线加载,路表弯沉随时间的变化存在一定的滞后现象,结构层厚度和回弹模量对路表弯沉具有重要影响;结构参数对面层层底最大拉应变的影响程度大小为:水泥稳定碎石回弹模量沥青面层厚度水泥稳定碎石厚度沥青面层模量。