温-荷耦合作用下小半径曲线桥铺装层疲劳寿命的影响因素分析

为研究小半径曲线桥桥面铺装结构在温-荷耦合作用下的使用寿命,以大温差地区某超高曲线桥为例,采用有限元软件分别计算在温-荷耦合作用下曲线桥纵坡坡度、曲率半径、级配组合、车速等不同影响因素下的铺装层疲劳寿命。结果表明,纵坡坡度及曲率半径的增加,可有效控制铺装层受到的剪切破坏和受拉破坏,从而增加铺装层疲劳寿命和使用年限;汽车荷载移动速度的增加,导致铺装层受力不均,铺装层疲劳寿命降低。计算得到的双层AC-20与上层SMA-10+下层AC-20铺装层组合的疲劳寿命相近,由于SMA-10具有良好的抗滑性和抗车辙性,建议铺装层采用上层SMA-10+下层AC-20的组合。     

沥青混合料复合小梁疲劳因素正交试验分析

研究采用正交试验设计对3种路面结构类型的双层沥青混合料复合小梁疲劳因素进行分析,并建立了疲劳方程模型。结果表明:黏层油用量对复合小梁的疲劳寿命影响最显著,而黏层油种类和应力水平对不同路面结构类型显著性存在差异性;AC-13+AC-20和SMA-13+AC-20在0.5kg/m2的SBS改性沥青黏层油作用下,OGFC-13+AC-20在0.75kg/m2的SBR改性乳化沥青黏层油作用下,且全部为低应力水平时,疲劳寿命最长;不同路面结构类型的疲劳方程模型符合二次抛物线关系,且相关性均达到97%以上;不同黏层油用量下,SMA-13+AC-20的疲劳寿命显著优于其他路面结构类型。     

沥青路面超薄罩面层的材料组成与抗滑性能

针对沥青路面抗滑性能衰减过快及行车安全问题,以SMA-05、AC-05、OGFC-10作为超薄罩面层材料,采用马歇尔法进行混合料组成设计,通过车辙试验和加速磨耗试验,评价各混合料高温稳定性和抗滑性能。结果表明:骨架密实型结构SMA-05的高温稳定性最优;随着加速磨耗次数的增加,3种沥青混合料抗滑性能演变规律一致,OGFC-10混合料摩擦系数衰减最快,AC-05和SMA-05混合料的摩擦系数衰减幅度较小,其中SMA-05混合料的持久抗滑性能最优。     

基于界面剪切试验的沥青混合料集料切向弹性刚度研究

目前仍缺乏沥青混合料颗粒接触界面参数的有效获取方法，导致基于离散元法的沥青混合料数值分析手段无法精确模拟材料的力学行为。针对"切向弹性刚度"参数无法准确获取的难题，基于自主开发的"沥青混合料颗粒剪切分析系统"开展沥青混合料的颗粒界面剪切试验研究，确定合理试验参数。在此基础上开展3种级配和3种集料的沥青混合料单轴贯入试验，分析不同试验方法得到的剪切模量相关性。试验结果表明：在60℃试验温度和0.02 mm·s^-1剪切速度条件下可获得较为稳定的试验结果；剪切应力曲线表现出典型的"预剪切阶段"、"剪切稳定阶段"和"剪切破坏阶段"三段式增长；级配对界面剪切力有显著影响，AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料的峰值均值分别约为100，50，90 N；同一级配下，采用玻璃珠和铁珠的混合料的界面剪切力分别为75，70 N；集料的材料类型是影响界面切向弹性刚度的关键因素，采用玻璃珠和铁珠的界面切向弹性刚度分别是0.17×10⁶ N·m^-1和0.22×10⁶ N·m^-1，而花岗岩集料则达到0.66×10⁶ N·m^-1以上；贯入试验结果表明级配和集料类型决定了混合料的剪切模量大小，采用花岗岩集料的AC-13型混合料的剪切模量达到18.88 MPa，OGFC-13混合料最小，仅为8.95 MPa；界面剪切试验得到的剪切模量与贯入试验结果的相关系数达0.89。所提出的集料接触界面剪切试验可分辨级配和集料类型对切向弹性刚度的影响。     

超薄磨耗层NovaChip(R)层间抗剪强度试验研究

超薄磨耗层是一种性能优良的预防性养护技术(也可用于新建道路的表面层),其具有抗滑性能好、表面强度高、行车噪音低、防水性能突出等特点.超薄磨耗层技术使用效果的好坏与其混合料级配、温度、层间黏结材料性能及其洒铺量有着密切的关系.以室内模拟试验为基础,以AC- 13模拟原路面、NovaChip(C型)混合料作为磨耗层,制作复合型试件,采用多功能层间测试试验仪对试件进行直接剪切试验,研究了乳化沥青洒布量及温度对超薄磨耗层层间黏结能力的影响.     

超薄磨耗层NovaChip层间粘结技术研究

为了获得较好的层间粘结效果,以室内模拟试验为基础,选用3种粘结层材料,在不同洒布量及温度下,以AC-13模拟原路面、NovaChip混合料作为磨耗层制作复合型试件,采用多功能层间测试试验仪进行直接剪切和拉拔试验.结果表明,SBS改性乳化沥青更适合作超薄磨耗层NovaChip的粘结层材料.     

中兴大桥桥面板UHPC-超薄磨耗层(SMA)层间性能分析

为避免由于超高性能混凝土(UHPC)与新材料面层的黏结能力较差而引起的层间摩擦滑移造成脱空破损的现象,采用有限元模拟的手段深入研究了粘结剂作用形成组合材料桥面板的层间黏结性能.其黏结性能主要以层间剪应力和法向拉应力来表征,车轮荷载作用于钢桥面板不同位置的受力性能.研究结果表明:UHPC-超薄磨耗层层间剪应力和法向拉应力值会随着车轮加载位置不同而有不同的结果;宁波中兴大桥在各种加载位置下层间剪应力和法向拉应力值均小于实测强度且具有一定的强度储备;随着车轮荷载的增加,层间应力会急剧增加,造成严重的破坏.     

基于MMLS3和四点弯曲试验的沥青混合料疲劳性能研究

利用小型加速加载设备MMLS3对5,25,50℃下的2种沥青混合料(SMA-13和AC-13)的车辙深度变化规律进行研究,并将试验结果与2种沥青混合料在与MMLS3试验相同温度条件下通过四点弯曲疲劳试验获得疲劳寿命进行分析对比。结果表明:(1)由于更低的孔隙率与更好的抗剪切变形能力,SMA-13的车辙深度始终低于OGFC-13;(2)沥青混合料疲劳寿命受控制应变、温度、级配类型的影响,在评价不同的沥青混合料疲劳性能时必须综合考虑;(3)相同温度条件下,通过控制车辙深度获得的使用寿命远大于通过控制应变为300×10~(-6),600×10~(-6)时的四点弯曲疲劳试验获得的疲劳寿命。     

不同类型封水黏结层性能优选研究

通过道路力学软件BISAR程序,分析界面材料在不同层间接触状态下对上面层层底拉应力以及中上面层层间剪应力的影响,提出对排水性路面封水黏结层的要求,并对不同封水黏结材料进行了比选.     

超薄磨耗层路面使用性能与层间剪切试验研究

NovaChip~超薄磨耗层不仅可改善路面抗滑性能,提高路面平整度,同时具有降低路面噪声的效果。文中设计半开级配沥青混合料NovaChip~Type C、密级配沥青混合料AC-13C及开级配沥青混合料OGFC-13 3种超薄磨耗层混合料,通过试验分析评价了3种沥青混合料的路用性能及路面结构层间的力学性能。     

不同试验条件下桥面沥青铺装层剪切疲劳试验研究

通过斜剪试验装置对道路4种常用层间粘层结合材料进行剪切强度试验,结果表明相对于乳化沥青、改性乳化沥青及基质沥青,SBS改性沥青具有更好的层间粘附性能,宜优先选用SBS改性沥青作为层间粘结材料;为进一步探究桥面沥青铺装层间剪切疲劳性能,分别对不同温度、不同加载频率及不同应力大小下的复合试件进行疲劳测试,结果表明AC-13C和水泥砼复合试件的疲劳寿命与温度、应力大小成反比,与加载频率成正比。     

Novachip~超薄磨耗层沥青混合料使用性能评价

通过实验室试验,进行了密级配AC-13C、半开级配Novachip Type C、开级配OGFC-13三种沥青混合料配合比设计,比较了3种沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能等重要使用性能。试验结果及分析显示,沥青混合料的结构类型对动稳定度有很大影响,在高温稳定性方面,半开级配Novachip Type C型超薄磨耗层要优于密级配AC-13C及开级配OGFC-13沥青混合料;混合料的级配及由此产生的空隙率差别对水稳定性及低温抗裂性能影响很大,随着空隙率的增加,水稳定性和低温抗裂性能降低。半开级配Novachip Type C超薄磨耗层水稳定性、低温性能低于密级配AC-13C沥青混合料,但较开级配OGFC-13沥青混合料要好。     

下承层界面状况对多孔沥青路面层间黏结性能的影响

下承层界面的结构形式、粗糙度及其与多孔沥青层的结合状态,均会对多孔沥青路面的层间黏结性能产生影响。为了探究其影响程度,以层间抗剪强度和层间抗拉强度作为评价指标,首先对比了不同结构形式的下承层对层间黏结强度的影响;其次以下承层铣刨和未铣刨代表不同的粗糙度,分析了二者层间黏结强度的差异;最后采用车辙仪碾压模拟不同的界面结合状态,分析了下承层界面经碾压后层间黏结强度的变化规律。研究结果表明:采用小粒径、骨架密实型结构形式的混合料作为多孔沥青层下承层,可以提高多孔沥青路面的层间黏结强度;铣刨增加了下承层界面的粗糙度,对多孔沥青路面层间黏结强度提升有利;随着碾压次数增加,黏层材料与多孔沥青层的结合状态增强,使多孔沥青路面的层间黏结强度更大。     

基于分形理论的沥青混合料剪切性能试验研究

越来越多的研究表明沥青面层失稳流动产生的车辙变形、交叉口及长大纵坡路段沥青层间推移、拥包变形等破坏都与沥青混合料抵抗剪切流动变形的能力有着直接的关系。基于分形理论对AC-13、Sup-13和SMA-13 3种级配的微观结构进行分析,确定了3种级配的体积分形维数,并通过重复荷载蠕变试验对沥青混合料体积分形维数与其剪切性能的关系进行了探讨。对今后进一步研究沥青混合料剪切破坏机理有一定的指导意义。     

集料类型和级配类型对高粘弹改性沥青混合料高温稳定性的影响

分别采用玄武岩、凝灰岩、花岗岩3种集料与AC-13、SMA-13、改进型OGFC-10(简称IOGFC-10)、TYPE-B、OGFC-10 5种级配组成15种高粘弹改性沥青混合料,通过车辙试验对其高温稳定性进行评估,分析集料类型和级配类型对高粘弹改性沥青混合料高温稳定性的影响。结果表明,集料类型和级配类型对高粘弹改性沥青混合料的高温稳定性都有影响;集料类型和级配类型合理组合制备的高粘弹改性沥青混合料具有优良的高温稳定性。     

钢桥面UHPC铺装层的黏结性能试验研究

在钢桥面的铺装设计中,由于标高控制和自重控制要求,普通混凝土铺装层因厚度大、自重高难以满足设计要求,因此亟需薄厚度、高性能的铺装层,而超高性能混凝土(UHPC)是潜在可满足设计要求的铺装材料.但在循环交通荷载下,UHPC铺装层与钢板之间的黏结作用尚缺乏试验研究.研究开展了五点弯曲疲劳试验和剪切试验,研究UHPC钢桥面铺装层的黏结特性和抗疲劳破坏能力,并基于数值计算结果,将疲劳加载次数转换为标准轴载作用次数.研究发现,在标准车辆轮载作用下难以快速对试样产生损伤.即使试样黏结界面边缘开裂,稳定不变的变形也暗示裂缝并未扩展至内部,即试样内部损伤有限,仍然具有良好的承载力.含有栓钉的UHPC-钢桥面黏结界面的等效抗剪切强度为12.4 MPa左右,其破坏形式为栓钉的剪切破坏.UHPC与钢板之间协同作用十分显著,铺装后相对于无铺装的钢板刚度提升1倍左右.     

SMA-13与AC-13路面老化低温力学性能对比研究

通过老化沥青混凝土SMA-13结构与AC-13结构三点弯曲试验,研究低温老化对SMA-13结构与AC-13结构的弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。试验结果表明:加载速率相同条件下,-30℃的试件破坏的弯拉强度和弯拉应变小于-10℃的试件的弯拉强度。在加载速率和温度条件相同时,未老化试件破坏的弯拉强度和弯拉应变大于老化后的试件。老化时间越长,高低温度之间的弯拉应变差别越大。在低温条件下,小梁试件的弯拉应变与老化之间有较好的指数变化规律。同时SMA-13与AC-13沥青混合料的弯曲劲度模量与老化之间也呈现良好的指数关系。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知在短期老化附近,SMA-13与AC-13沥青混合料具有最大的弯曲应变能。     

节能环保型薄层沥青铺装体系在苏州太湖大桥中的应用

对节能环保型薄层沥青铺装体系进行了研究。建立了桥面板一防水黏结层一铺装层耦合体系有限元模型,得到综合工况条件下的铺装体系力学响应峰值;通过室内试验验证了4 cm厚SMA-13、水性环氧防水黏结层在太湖大桥铺装体系中的适用性。研究结果表明,薄层沥青铺装体系材料性能均满足力学控制指标值和公路规范中相应技术要求,SMA-13在抗车辙、低温抗弯、水稳定性能上均符合规范要求;薄层铺装体系与混凝土板间具有良好的黏结和协调变形能力,复合结构具有优良的层间抗剪性能。研究成果为水泥混凝土桥梁提供了既高性能又减轻自重的节能环保型薄层体系。     

水性环氧树脂乳化沥青对开级配抗滑磨耗层性能的影响

为了提高现有黏结材料的黏结性能,进而改善开级配抗滑磨耗层的抗滑耐磨性,制备不同掺量的水性环氧树脂乳化沥青,通过基本性能试验与黏结性能试验,确定水性环氧树脂的最佳掺量;借助荷载磨耗试验,研究了不同黏结材料对开级配抗滑磨耗层(OGFC-5)抗滑性能与抗剥落性能的影响。结果表明:添加水性环氧树脂可有效地改善乳化沥青的高低温性能与黏结性能,最佳掺量为20%;经20000次荷载作用后,水性环氧树脂抗滑磨耗层的抗滑性能与抗剥落性能最好,摩擦系数降幅为28.57%,构造深度降幅为33.33%,质量剥落率最低为3.25%。     

基于防拱胀的水泥稳定基层层间结合状态研究

为了提高新疆部分地区道路基层使用寿命,预防水泥稳定基层沥青路面拱胀,实地取样三条出现水稳基层沥青路面拱胀等病害的高速公路,对其基层层间结合状态进行分析研究,系统研究了拉拔试验、直剪试验、抗弯拉强度试验与疲劳寿命试验对不同摊铺方式成型基层的层间结合状态影响,探讨在不同层间结合状态下,抗剪、拉拔、抗弯拉强度及疲劳寿命的大小及变化趋势。研究结果表明:大厚度一体化摊铺成型试件,其抗剪、拉拔、抗弯拉强度、疲劳寿命较于双层连续摊铺成型试件、双层间断成型试件更好,其中基层层间完全连续状态抗剪强度最高,分别比双层连续摊铺基层和双层间断摊铺基层高出59.3%、186%,层间完全连续试件抗拉强度最大,是双层连续摊铺基层抗拉强度2.22倍,双层间断摊铺基层抗拉强度最小,仅为完全连续试件32%;层间完全连续试件所能承受抗弯拉强度1.678 13MPa,相对于双层连续、双层间断试件分别提高1.84%、3.15%;在不同水平应力下,层间完全连续试件(Ⅰ型试件)其疲劳寿命都高于双层连续摊铺试件(Ⅱ型试件)及双层间断摊铺试件(Ⅲ型试件);随着水平应力的提高,各试件的疲劳寿命逐渐减少,水平应力的高低较为显著地影响路面材料的疲劳寿命及路面结构整体性能。