多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

行车荷载下不同沥青路面结构动力响应测试分析

为研究行车荷载下不同沥青路面结构的动力响应,验证、完善我国沥青路面设计方法,在两种倒装式和传统半刚性基层沥青路面结构内部埋设沥青应变计、土压力计和垂直大变形应变计等传感元件,以单后轴货车为行车荷载,现场开展了不同轴重、不同行车速度及制动工况下3种路面结构的动力响应测试。以沥青层层底纵向应变与横向应变、路基顶面土压力和过渡层底部竖向压应力与竖向位移为评价指标,分析了不同沥青路面结构的动力响应规律。结果表明:随行车速度增加,各路面结构沥青层层底应变、过渡层竖向压应力与竖向位移均明显减小;从拉应变循环幅值看,半刚性基层结构随车速的变化更敏感;相同轴重和车速下半刚性基层结构路基顶面的压应力远小于倒装式结构,半刚性基层结构荷载扩散能力更优;相同车速下,3种路面结构沥青层层底纵向应变循环幅值和路基顶土压力均随轴重增加而增大,且半刚性基层结构的增幅相对更大,即半刚性基层结构对荷载更敏感,倒装式结构对荷载适应性更强;车辆制动会引起沥青层层底残余应变、纵(横)向应变与应变循环幅值大幅增加,频繁制动易引起路面车辙变形和加速路面沥青层疲劳破坏。     

动载作用下半刚性沥青路面力学响应分析

为了解决陕西省高速公路沥青路面早期病害严重问题,选取陕西省典型的半刚性基层沥青路面结构,研究在动载作用下不同结构组合的沥青路面的力学响应。利用Ansys有限元分析软件对动荷载作用下的沥青路面进行仿真模拟,并提取数据进行分析,得到以下结论:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力均逐渐减小;随着沥青面层模量的增加,沥青层拉应力逐渐增加,而半刚性基层拉应力逐渐减小;该文建议沥青面层在18~20cm之间取值,半刚性基层厚度取值40cm以上。     

沥青混合料本构关系对路面力学响应的影响

为了给沥青路面结构的分析和设计提供参考,利用三维有限元方法对典型沥青路面结构的力学响应进行了分析,分析中分别将沥青混合料当作粘弹性材料和以动态模量、抗压回弹模量表征其基本力学参数的弹性材料。分析了不同温度、行车速度及基层类型下路表弯沉、沥青面层底和半刚性基层底水平应力,并对结果进行了比较。结果表明:基于动态模量的分析和粘弹性分析结果比较接近,尤其是路表弯沉峰值和半刚性基层底水平应力峰值的平均相对误差在2%以内;而采用抗压回弹模量分析的结果则差别较大,尤其是沥青面层底拉应力峰值只有粘弹性分析结果的1/3左右;在弹性分析范畴内,应该用动态模量取代抗压回弹模量,以提高路面力学响应分析结果的精度并综合考虑温度、行车速度等因素的影响。     

重载下刚性基层沥青路面的力学响应分析

应用APBI程序,建立计算模型,采用弹性层状体系理论,对重载下刚性基层(CRCP)沥青路面的力学响应进行了分析,探讨了重载作用下刚性基层沥青路面的应力分布及其影响因素。研究结果表明:路表位于车轮外侧有数点受到垂直于行车方向的拉应力,路表最大剪应力的位置出现在轮胎边缘附近,在拉应力和剪应力的共同作用下行车带轮迹边缘附近容易出现平行于行车带自上而下的裂缝;刚性基层路面拉应力主要由刚性基层承受,随着结构层所受荷载的增加,层底拉应力显著增大;高温下车辆制动时产生的水平力对剪应力的影响很大,当紧急制动时路面最大剪应力比不考虑水平力时增大接近150%,易产生剪切破坏。     

基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析

为了研究在水-荷载耦合作用下沥青混合料试件的压缩疲劳破坏过程及其沥青路面结构的动力响应,借助CT扫描技术和图像处理技术,进行了无水和饱水沥青混合料的宏观和微观破坏初步对比分析,定量分析了破坏前后沥青、集料和空隙的变化情况.根据多孔介质理论,对广西典型半刚性沥青路面结构进行了ABAQUS建模和FLAC-3D的计算,分析了无水和饱水两种情况下的力学响应差异.结果表明:沥青混合料试件从无水向饱水转化时,破坏模式从压裂转变为剪切破坏模式;在行车荷载作用下,饱水沥青路面与其无水情况下力学响应特性的不同主要集中在沥青面层深度范围内;相对于无水情况,饱水情况荷载效应作用时间将会成倍增加,且沥青面层拉应力出现激增,使沥青路面更容易产生结构性损坏;饱水情况下的沥青路面层底产生较大的先压后拉的横向应变,导致沥青路面过早产生疲劳开裂.     

重载作用下沥青路面结构三维有限元分析

承受重载交通的沥青路面易出现车辙和裂缝等早期破坏。文章从实际情况出发,利用ANSYS有限元软件对内蒙古境内三种典型半刚性基层沥青路面结构建立三维有限元模型,进行仿真模拟,并施加不同轴重的双圆荷载和水平方向荷载,分析了路面结构的力学响应量,为内蒙古重载高速公路沥青路面结构设计提供一些理论基础。研究表明:在同一轴载作用下,结构三的半刚性层底拉应力是结构一的1.5倍,是结构二的1倍;轴载由100 k N增加到120 k N时,沥青层层底拉应力增加了11.1%。     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

基于动态模量加载波形的沥青路面力学响应分析

为了较好地分析行车荷载作用下沥青路面的力学响应,利用矩形波、半正弦波、钟罩形波,模拟沥青路面沥青层不同层位在行车荷载作用下的加载波形。基于AASHTO TP62-03动态模量试验方法,确定沥青层不同层位对应的不同加载波形下的沥青混合料动态模量值。在此基础上建立沥青路面结构的有限元模型,计算沥青面层最大拉应力、最大拉应变、路表弯沉值。并与AASHTO TP62-03标准半正弦波下的力学响应进行比较。结果表明:不同加载波形的沥青路面的力学响应不同,且基于AASHTO TP62-03半正弦波计算得到的力学响应比不同层位不同加载波形组合下的力学响应结果偏小。     

半柔性沥青路面与普通沥青路面力学响应分析

半柔性沥青混合料是新型路面材料,兼顾刚性和柔性两种路面的优点,摒弃两者的缺点。研究采用有限元分析,通过弯沉、弯拉应力等指标,对比分析研究半柔性沥青混合料在不同结构层的沥青路面与普通沥青路面对路面结构力学响应的影响,为半柔性沥青路面结构设计、技术推广提供理论依据。     

半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性研究

针对半刚性材料作为长寿命沥青路面基层使用问题,通过拟定典型路面,采用BISAB3.0计算了不同沥青层厚度下半刚性基层沥青路面的承载能力和疲劳寿命,分析了沥青层加厚对半刚性基层的基层应力和半刚性材料干缩、温缩的影响,研究了半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性.结果表明:相同荷载作用下,沥青层厚度增加,半刚性基层层顶压应力和层底拉应力明显减小,基层疲劳寿命大幅提高;半刚性基层受温度、水等外界因素影响明显减弱,半刚性基层的开裂、冲刷和路面反射裂缝等问题得以有效控制.     

重载交通半刚性基层条件下沥青面层的力学响应研究

为研究重载条件下半刚性基层沥青面层的结构力学响应,运用ABAQUS有限元软件计算半刚性基层沥青路面的弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力,分析轴重、基层模量及厚度对力学响应的影响规律,并通过多因素方差分析研究各因素的影响敏感性。结果表明:轴重对弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力的影响最明显,基层厚度次之,基层模量的影响最小。     

混合式基层沥青路面结构应力、应变特性及经济性分析

基于我国沥青路面设计理论及标准,拟定了3种混合式基层、一种典型半刚性基层与一种典型柔性基层共5种沥青路面结构,利用BISAR3.0程序对5种结构进行力学计算分析。主要针对5种路面结构的沥青层内最大拉应力、最大拉应变、路基顶面压应变、路表弯沉等力学指标进行深入对比分析,并根据疲劳寿命对各类基层进行了经济性分析。数据分析结果表明：通过合理的设计,混合式基层结构在力学性能上可以较典型半刚性基层和柔性基层结构更加优秀,虽然从单价上来讲,经济性能上不如半刚性基层,但考虑路面疲劳寿命性价的话,采用沥青稳定碎石作为上基层的混合式基层可以优于半刚性基层,这为今混合式基层沥青路面结构的应用推广提供了重要的参考。     

土基干湿状态对沥青路面结构力学响应的影响

为了探究土基含水量变化对沥青路面结构的影响,针对半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面,运用BISAR3.0软件分析了沥青路面结构对土基干湿状态的力学响应。分析表明,土基含水量的变化对沥青路面结构的路表弯沉、土基顶层垂直压应变、基层和底基层层底弯拉应力以及拉应变均有明显影响。     

温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

半刚性基层沥青路面对基层状况的荷载响应

根据半刚性基层沥青路面实际应用,采用Ansys分析软件,分析基层材料在完整、松散及收缩裂缝状态下路面荷载的响应、路面结构层的应力、应变和位移情况。分析表明:1)基层材料松散对面层层底拉应变,路面弯沉及路基顶的压应变影响显著;2)横向干缩裂缝可改变沥青面层层底最大拉应变方向,对层底拉应变影响较显著。分析结果对减少半刚性基层收缩裂缝,提高路面使用寿命有一定理论指导作用。     

不同层间连续状态下沥青路面力学响应

利用ANSYS有限元软件对半刚性基层沥青路面建立三维有限元模型,研究沥青层与基层层间不完全连续状态对沥青路面力学响应的影响,并在层间不连续下研究沥青层及基层参数的变化对力学响应的影响,并基于此对半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。研究表明:沥青层模量每增加200MPa,沥青层拉应变减小12.07%;基层模量每增加400MPa,基层层底拉应力增加13.95%;建议在半刚性基层厚度在32cm以上取值,基层模量控制在3700MPa以下。     

耐久性基层沥青路面结构比选研究

以某新建公路工程为背景,运用ABAQUS软件建立路面结构三维模型,针对工程初步设计供选的三种耐久性基层沥青路面结构进行力学响应和疲劳寿命对比分析,得出以下结论:①RCC基层、加强型半刚性基层路面结构的路表弯沉峰值较于倒装式半刚性基层路面要小,故该路面结构的承载能力更优;②RCC基层、加强型半刚性基层和倒装式半刚性基层路面结构的沥青层层底拉应变差距较小,故均具有良好的抗疲劳损伤性能和使用性能;③倒装式半刚性基层路面结构的沥青下面层层底拉应力峰值较小,故抗拉开裂性能较优;④RCC基层沥青路面结构的半刚性基层和底基层的层底拉应力以及疲劳寿命较于其余两种路面结构要小,故RCC基层沥青路面结构的抗疲劳能力、抗拉压性能较优;⑤三种路面结构中RCC基层的各项性能较优,故工程路面结构推荐RCC基层。     

环境温度变化对沥青路面轴载换算的影响

在不同的环境温度下,沥青路面车辆轴载换算指数是不同的,而非现行沥青路面设计规范中采用的定值4.35.在总结国内外研究成果的基础上,从沥青混合料的粘弹性力学性质入手,利用沥青劲度模量确定沥青混合料劲度模量,选用材料动模量,利用Bisar软件计算出半刚性基层沥青路面在不同温度下的荷载反应,分析拟合出半刚性基层沥青路面关于温度的轴载换算公式.考虑温度对轴载换算的影响,使轴载换算更加准确.     

不同橡胶沥青路面结构静载力学数值分析

为探讨不同结构沥青路面在静载作用下的力学性能,基于ANSYS有限元理论,拟定3种类型橡胶沥青路面结构并建立静力学有限元模型,分别针对沥青层层底拉应变、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力进行数值分析。结果表明,3种结构路面在荷载作用下沥青层第一层层底均出现压应变,路面深度增至临近第二层层底时逐渐转变成拉应变;沥青层层底发生拉应变主要是由于沥青层模量和基层类型的影响;3种结构沥青路面层剪应力均随着路面深度的增加呈现先增后减的趋势。