沥青路面Top-Down裂缝产生的原因分析

为深入了解Top-Down裂缝病害成因机理,以某高速公路发生的裂缝病害为例,通过路面结构力学分析认为交通荷载作用不是造成沥青路面自上而下开裂的主要原因,通过路面温度场实测、沥青老化试验、不同老化程度沥青混合料的低温弯曲应变和弯曲劲度模量分析,认为温度疲劳作用是造成沥青路面自上而下开裂的主要原因,沥青路面表面的拉应力则加剧了这种开裂。     

柔性基层沥青路面在动荷载作用下Top-Down开裂模拟研究

针对柔性基层沥青路面主要病害形式Top-Down开裂开展病害机理研究,为病害预防提供技术支持,有助于提高道路服务水平,延长路面使用寿命。首先,对国内外目前柔性基层沥青路面Top-Down开裂研究成果进行了对比研究,分析了不同研究成果中对于Top-Down开裂形式、裂缝形成与发展机理提出的一致以及尚未达成共识的结论,确定以动态荷载下路面结构厚度、车辆荷载作为主要分析对象。然后,利用有限元计算软件进行实体建模,参考国内已建成道路选定代表路面结构,确定各项路面参数,基于子午线轮胎按照三向应力建模;分析动荷载作用下的应力最不利位置以及应力分布;选取车辆荷载作为主要变量,对动荷载作用下柔性基层沥青路面Top-Down裂缝起裂和发展的影响因素进行研究。基于断裂力学,以轴载和路面结构层厚度为主要变量,对微裂缝出现后影响裂缝发展的不同因素进行了对比。结果显示:当路面处于完整、连续的工作状态时,在动荷载作用下,剪应力τ是TopDown裂缝形成的主要原因;当路表出现微裂缝后,轴载对于裂缝发展的影响要远大于路面处于完整、连续状态时轴载的影响,应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ的峰值显著提高,建议在柔性基层路面设计、验算时加入剪应力验算指标。     

基于控制应变周期荷载试验预估沥青混凝土疲劳寿命

疲劳裂缝是路面破坏的一种,为路面受到长期、反复的荷载后,由内部产生的微小破坏开始,渐渐加深、延长,从沥青面层底部由下而上累积成为类似鳄鱼皮般的表面龟裂,进而影响路面的性能。研究的主要目的是探讨沥青混凝土的裂缝生成与疲劳寿命,采用级配类型为AC—20的某高速公路的现场钻芯试件,进行室内控制应变疲劳试验,应用劲度变化曲线的裂缝生成机制,与应力-应变回圈面积的消散能理论,推估沥青混凝土疲劳寿命与临界应变。结果表明,应用劲度变化曲线与消散能理论,所得的疲劳寿命都有一致性,故可判断其都可作为疲劳寿命的定义。其中以劲度变化曲线较为便捷,可以作为推估裂缝生成与疲劳寿命的参考方法。可作为沥青混凝土路面疲劳研究与设计的参考。     

高寒地区沥青路面结构低温破坏理论分析

本文从沥青混合料开裂机理出发,采用沥青混合料微单元理论计算分析了影响混合料低温开裂的主要因素,发现沥青胶结料的低温劲度模量和蠕变速率是主要因素,结合路面结构温度应力分析,面层是低温开裂的位置,指明了沥青路面低温开裂要控制沥青面层胶结料的低温劲度模量和蠕变速率。     

动荷载作用下材料阻尼参数对Top-Down裂缝疲劳寿命的影响分析

通过ABAQUS有限元软件建立带缝工作的二维路面模型,通过正弦波模拟车辆对路面的动荷载效应,通过虚拟闭合法,计算沥青路面Top-Down裂缝的应力强度因子K2,并探讨了考虑沥青混合料阻尼特征下,沥青路面的剪切型强度因子K2的变化规律,再进一步通过Paris模型,分析阻尼特征对Top-Down裂缝疲劳寿命的影响。以期为路面动态破坏研究提供一定的理论参考。     

连续配筋混凝土路面表面裂缝影响因素的分析

为了研究带有横向裂缝的连续配筋混凝土路面在外荷载作用下,水平荷载、钢筋位置以及配筋率对路面裂缝开展的影响规律,该文运用有限元软件ANSYS建立连续配筋混凝土路面的三维模型,并应用断裂力学理论及奇异等参元法,对其路面的横向裂缝进行了数值分析,研究了裂缝尖端到钢筋层的距离、配筋位置、路面的水平荷载以及配筋率等参数对连续配筋混凝土路面面层裂缝尖端的应力强度因子影响规律,从理论上探讨了连续配筋水泥混凝土路面的工作机理。结果表明:水平荷载对连续配筋混凝土路面面层裂缝扩展有很大的影响,钢筋对不同位置的裂缝的抑制效果不同,适当增加配筋率能抑制连续配筋混凝土路面面层裂缝的开展。     

沥青路面老化与温度场引起的模量梯度研究

由沥青路面老化与温度引起的模量梯度是造成路面Top-Down裂缝的主要原因,为对Top-Down裂缝进行开裂预估,本文通过计算路面不同深度的平均温度得出路面的温度场分布,研究沥青路面老化随龄期、温度、空隙率和深度的发展变化规律,建立老化预估模型。根据老化预估模型中沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系,得到沥青混合料随老化时间、温度、深度、空隙率变化的梯度模量。研究结果表明:通过全寿命沥青路面结构的老化预测模型、沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系式,可建立不同老化程度和动态模量之间的关系。     

CRC+AC复合式路面沥青混凝土层荷载型开裂分析

针对CRC+AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用有限元法,分析了交通荷载作用下AC层的受力状态;运用断裂力学理论和有限元法,对CRC+AC复合式路面反射裂缝的扩展机理进行了研究,计算了反射裂缝的扩展强度,分析和研究了结构层厚度与裂缝长度对Ⅱ型反射裂缝扩展的影响规律。研究结果表明:在交通荷载作用下,AC层出现裂缝的可能性很小,但由于温度、施工、材料老化等各种因素的影响,AC层还是会出现裂缝,增加结构层厚度尤其是沥青混凝土层厚度能减小反射裂缝的扩展。研究结果可为合理设计CRC+AC复合式路面的结构厚度提供理论依据。     

机场复合道面反射裂缝的力学分析

基于弹性断裂力学理论和平面应变假设,应用ABAQUS有限元软件建立了不同深度反射裂缝在不同位置荷载作用下的复合道面有限元模型,分析了不同沥青面层裂缝深度以及不同荷载作用位置对复合道面应力和裂缝尖端应力强度因子的影响,并对A型荷载、B型荷载和C型荷载3种荷载位置在不同裂缝深度的计算结果进行了对比分析。研究结果表明:最大应力随裂缝深度的增加而增加,说明裂缝深度对沥青面层的最大应力有较大的影响;荷载作用位置不同时,沥青面层裂缝中最大应力值相差较大,说明荷载作用位置对沥青面层的最大应力有较大的影响;随着裂缝深度的增大,应力强度因子KI不断增大,说明裂缝的扩展主要受KI的控制;荷载位置不同时,应力强度因子KI值变化较大,说明荷载位置对KI影响显著,且A型荷载影响最大,B型荷载影响次之,C型荷载影响最小。     

沥青混凝土路面非荷载性裂缝形成机理研究

首先阐述引起沥青混凝土路面裂缝的原因可以归结为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两大类,温度裂缝和反射裂缝是非荷载裂缝的两种主要型式。接着从非荷载性裂缝的角度出发,详细分析了温度收缩裂缝、温度梯度裂缝和反射裂缝形成的机理,指出温度梯度是引起路面横向裂缝的主要原因,而反射裂缝是半刚性基层裂缝和温度裂缝综合作用的结果。     

基于XFEM的沥青加铺层材料的裂缝扩展

为了研究旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层材料在一定的荷载下的断裂和裂缝发展,采用ABAQUS的扩展有限元法（XFEM）对加铺的沥青混凝土材料进行了数值模拟分析,并结合数值模拟模型进行了相同情况下的裂缝扩展室内试验。结果表明XFEM的数值模拟分析所得数据与室内的试验所得数据具有良好的相关性。最后对实际路面结构进行了模拟分析。为研究沥青混凝土材料加铺的裂缝发展与荷载作用提供了可供参考的方法和数据。     

反射理裂缝产生和发展的机理

文中分析了旧水泥混凝土路面上沥青罩面层中反射裂缝产生的机理。包括温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝，阐述了影响反射产生的各种因素，并从断理解力学的角度综述了反和射裂缝的纵向、横向扩展的模式及其路面的破坏。     

CRC-AC复合式路面沥青层反射裂缝影响因素分析

应用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,采用断裂力学理论及奇异等参元法,对连续配筋混凝土和沥青混凝土(CRC-AC)复合式路面中沥青层反射裂缝问题进行了数值分析。探讨了I型和II型的应力强度因子(K1、K2)在沥青层裂缝扩展过程中的变化规律及路面结构参数对K2的影响。研究结果表明:K2是荷载作用下导致沥青层反射裂缝产生和发展的主要原因,其随着荷位的增大而变小;沥青层厚度的增加、横向裂缝间距的加宽、配筋率的适当增加和底基层强度的提高可以降低K2,延缓CRC-AC复合式路面沥青层反射裂缝的开裂扩展。     

沥青路面典型结构Top-Down裂缝尖端应力强度因子影响因素分析

借助ABAQUS有限元平台,分析水泥稳定碎石基层沥青路面与粒料基层沥青路面,TopDown裂缝尖端应力强度因子KII随路面结构参数、轴载及裂缝深度变化规律。结果表明,增加沥青层厚度与模量、基层厚度与模量、土基模量对沥青路面结构抑制Top-Down裂缝有益,而超载将对路面Top-Down裂缝产生严重不利影响;水泥稳定碎石基层沥青路面抗Top-Down裂缝能力大于粒料基层沥青路面。     

沥青混凝土路面非荷载型裂缝灌缝技术

通过采用密封胶处治沥青混凝土路面非荷载型裂缝的实践,分析了非荷载型裂缝形成机理,介绍了灌缝技术封闭沥青混凝土路面裂缝的原理、灌缝材料、施工工艺及其质量控制。     

基于弹性理论的沥青路面Top-Down开裂机理研究

为了分析沥青混凝土路面Top-Down开裂机理,基于ABAQUS有限元分析方法,综合考虑老化和温度梯度造成的沥青路面内部模量梯度、突然降温、轮胎边缘的应力集中等因素,选取春季、夏季和冬季3个季节,及未老化缓慢降温、老化后忽然降温和老化后缓慢降温3种情况,建立了9个沥青混凝土路面结构有限元模型.对不同工况下沥青混凝土路面最大拉应力和剪应力的大小及位置进行了分析.结果表明:对于未老化缓慢降温和老化后缓慢降温的沥青混凝土路面,剪应力过大是沥青混凝土路面开裂的主要原因;对于老化后忽然降温的沥青混凝土路面,由于剪应力无明显变化,拉应力增加较多,拉应力过大是沥青混凝土路面开裂的主要原因.     

高等级公路半刚性基层沥青路面裂缝处治技术

对由于温缩机理和干缩机理引起的基层开裂和因荷载型裂缝和非荷载型裂缝所引起的沥青面层损坏原因以及裂缝成因进行分析,并分别从路用材料、路面结构组合、施工技术以及现场再生维修等方面提出了一些针对半刚性基层损坏而导致路面破坏的防治措施。     

基于有限元ISAC应力吸收层温度应力分析

研究表明:在水泥混凝土基层上加铺沥青面层修筑的复合式路面可以克服水泥混凝土路面和沥青路面各自的缺点,集两种路面结构的优点。但根据美国俄亥俄州交通厅对已建成CC-AC复合式路面的复合式病害调查结果显示,复合式路面易产生反射裂缝。国外相关研究表明:采用应力吸收层技术可以解决此问题。其中的一种应力吸收层为ISAC,它对解决温度型反射裂缝有很好的效果。笔者应用有限元软件分析了设置ISAC的CC-AC复合式路面结构在温度荷载作用下的应力状态,通过改变土工材料的拉伸模量及橡胶沥青的劲度模量,来讨论路面结构内最不利位置上的应力及接缝处相对水平位移的变化,得出ISAC中材料模量的推荐值,为设置ISAC的复合式路面提供一些建议。     

旧水泥混凝土路面加铺沥青层预防反射裂缝的措施

沥青加铺层中迅速发展的反射裂缝是“白＋黑”路面结构的最大问题，由于行车荷载、温度荷载及其综合疲劳应力作用引起的沥青加铺层反射裂缝是其致命缺陷。在京珠高速公路广东省境内路段路面修复工程中，如何抑制、延缓反射裂缝在沥青面层中的产生和扩展成为一个急需解决的课题。     

基于微观力学模型的沥青混合料水损坏研究

水-荷载的耦合作用是沥青路面早期破坏的主要原因。该文提出了沥青混合料水损坏的微观力学模型,该模型可以用来量化分析在水-荷载的耦合作用下沥青混合料的损伤过程。同时,考虑到材料的力学性能是含水量的函数,利用内聚力模型对集料-沥青结合料间界面的粘结破坏进行了模拟,并通过沥青混合料内部应力、应变的变化研究了集料-沥青界面间裂缝发生的位置、时间和裂缝扩展过程。结果证明:微观力学模型可以用来揭示沥青混合料水损坏机理,并对连续损伤模型的建立具有一定指导意义。