基于剪切弹性柔量的基-面层间接触状态及路面力学响应分析

为研究半刚性基层与沥青面层的层间接触状态对路面结构力学响应和疲劳寿命的影响,选取典型半刚性基层沥青路面结构,采用Bisar3.0软件中的剪切弹性柔量参数AK作为基-面层层间接触状态的评价指标进行路面结构力学计算,分析不同层间接触状态下沥青路面结构的应力、应变、弯沉等力学指标的变化规律,并计算了层间不同接触状态下路面结构的疲劳寿命.结果显示:剪切弹性柔量可以较好的表征基-面层层间接触状态;弯拉应力和剪应力受基-面层间接触状态的影响较大,当基-面层间接触状态由连续变为滑动时,沥青层底弯拉应力的涨幅为528.25％,沥青层底剪应力的涨幅为157.3％,而弯沉受基-面层间接触状态的影响较小;基-面层间保持连续的接触状态可以提高层间抗剪切能力,延长路面的使用寿命.     

层间剪应力等效轴载换算方法

为了完善现有轴载换算方法,减少沥青路面层间推移破坏的发生,首先采用有限元方法研究沥青路面层间受力状态,分析层间剪应力分布规律,为以层间剪应力为指标的轴载等效换算公式的建立提供基础资料;然后遵循轴载换算基本原则,确定了层间剪应力比系数b=0.742 7,结合前期研究建立的环氧乳化沥青黏层疲劳方程,确定了材料疲劳性能系数c=0.192,最终建立了以层间剪应力为指标的轴载等效换算公式,其中轴载换算指数n=3.9。     

多孔混凝土基层疲劳特性及其轴载换算公式研究

多孔混凝土作为水泥混凝土路面或沥青路面基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计中需考虑其疲劳性能。文章在室内多孔混凝土室内小梁弯拉疲劳试验的基础上,通过分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程。根据得出的疲劳方程提出了多孔混凝土作为水泥混凝土路面基层进行路面结构设计的轴载换算公式。     

设再生面层的沥青路面轴载换算方法研究

首先评价了规范中轴载换算方法的不足之处,针对沥青路面结构的主要病害形式进行针对性的设计;其次通过对设再生面层的沥青路面结构型式进行调研,得出设再生面层路面结构的主要病害形式,提出以半刚性基层层底拉应力、裂缝尖端应力强度因子和路表弯沉值为指标的轴载换算;最后通过荷载作用等效原则,进行轴载换算公式的理论推导,得出轴载换算系数。结果表明,采用以半刚性基层层底拉应力和路表弯沉为指标的轴载换算系数与规范给定的换算系数较为接近,可近似采用规范中规定的轴载换算公式,而采用裂缝尖端应力强度因子的轴载换算系数较规范中规定的弯沉等效原则所得换算系数偏小。     

基于疲劳寿命的对复合式基层沥青路面再思考

复合式基层沥青路面是一种新型的沥青路面结构型式。选取我国常见的半刚性基层沥青路面作为比照,以壳牌路面设计软件Bisar3.0全面计算两类典型路面的力学响应,据此基于疲劳寿命理论,采用我国现行沥青路面设计方法中推荐的疲劳方程,针对层间完全连续与层间不完全连续两种接触条件,得出两种疲劳指标控制模式下两类路面的相对寿命长短,从理论上进一步提示两类路面的破坏根源。结果表明层间不完全连续使结构受拉区扩大;复合式路面结构的弯拉水平明显低于半刚性路面;当以两种指标控制疲劳寿命时,复合式路面的疲劳寿命均高于半刚性路面;复合式路面的基层寿命高,可将破坏控制在表面,半刚性路面则由于基层寿命低而容易产生结构性损坏。     

南方地区混凝土基层沥青路面层间抗剪强度结构系数研究

针对混凝土基层沥青路面的特点和现有研究的不足,提出了混凝土基层沥青路面适宜的层间结构与材料,测试了层间沥青材料的高温剪切性能与黏度;研发了层间剪切疲劳的测试装置,提出了层间剪切疲劳的试验方法;运用有限元法计算了混凝土基层沥青路面在高温季节层间温度与沥青层厚度的关系,确定了层间剪切疲劳的试验温度;通过测试和分析,提出混凝土基层沥青路面层间喷洒沥青的最佳用量为1.4 kg/m2,层间抗剪强度结构系数为KT=0.50N0.12e。     

应用线弹性疲劳损伤理论的沥青路面轴载换算

应用疲劳损伤力学基本原理,探讨了适用于沥青路面轴载换算的新方法,并对该方法拟合的公式与规范按弯沉等效推荐的当量轴载换算公式进行了比较。计算结果表明在进行沥青路面轴载换算时,采用不同的等效换算原理,将导致非标准轴载与标准轴载当量换算系数上的不同,前者较后者大。这种差异一方面直接影响沥青路面的结构厚度设计,对设计年限内累计当量标准轴载作用次数的低估,必然导致沥青路面早期破损现象的发生;另一方面揭示弯沉等效表征的是路面结构的瞬间刚度性质,代替不了路面结构的长期疲劳强度特性。     

沥青路面按弯沉等效轴载换算的研究

采用单轴双轮弯沉测试车 ,实测了不同轴载、轮压与路面强度下的弯沉 ,计算并分析了在不同轴重、轮压与路面强度下弯沉和按弯沉等效的轴载换算指数的变化规律。分析表明半刚性基层沥青路面轴载换算指数主要与路面结构强度、公路等级和轴重有关 ,轮压的影响并不明显 ;轴载换算采用轴重比比轮压比更准确、方便。根据实测数据推导了半刚性基层沥青路面按弯沉等效轴载换算公式 ,新公式反映了轴重、路面结构强度和公路等级对轴载换算的影响。     

城市道路常用沥青路面结构计算

为了解城市道路常用沥青路面结构的适用条件,通过路面结构计算,对常用的3种沥青路面结构进行路表弯沉、基层层底拉应力以及沥青层剪应力验算,获得3种沥青路面结构的轴载适用范围。计算结果表明,从整体刚度看,3种路面结构的最大适用累计轴载作用次数分别为280万次、350万次、510万次;对于城市主干路结构来说,需对交叉口和公交停车站位置路面结构进行加强,以保证剪应力要求。     

基于沥青道路土基应力参数的轴载换算

为研究基于沥青道路土基应力的轴载换算方法,选取了RIOHTRACK足尺试验路的4种沥青路面结构,分析了其在不同使用状态、不同轴重车辆加载作用下土基内部的应力响应,据此推得以土基应力为指标的轴载换算系数,分析了不同轴重下的轴载换算系数及轴载换算系数与季节、路面结构使用状态之间的关联性。同时,以选取的4种结构为原型,分别在APBI程序中建立了计算模型,计算了不同轴载不同轮迹偏移作用下路基内部的应力响应,明确了试验结果的合理性,给出了不同结构下的轴载换算系数变化规律及其建议值。结果表明:由土基应力试验数据推得的轴载换算结论的准确性不会受试验过程中轮迹偏移的明显影响;不同季节及不同路面的使用状态对半刚性基层路面、强基薄面结构路面及复合式结构路面的轴载换算系数影响较大,对全厚式沥青路面则影响不显著;在试验选取的轴重范围之内,不同轴重对应的轴载换算系数在所有路面结构中均未呈现出明显的差异性规律;对于全厚式沥青路面结构,轴载换算系数宜取为4.61,对于强基薄面结构、半刚性基层路面结构及复合式路面结构,轴载换算系数宜取为5.96。     

层间接触对冷再生基层路面结构性能的影响

为研究冷再生基层与铣刨旧路层间接触状态对沥青路面结构性能的影响,选取典型大中修冷再生沥青路面结构,采用BISAR 3.0软件对路面结构在不同层间接触状态下进行力学计算,进而对路面结构的力学指标、极限轴载与疲劳寿命进行分析。结果表明:冷再生基层与铣刨旧路层间接触状态对极限轴载的影响较大,对疲劳寿命的影响更大;层间接触状态由连续变为滑动时,对路表弯沉与层底拉应力有增大的影响,对层底压应力有减小的影响;冷再生沥青路面设计等级越高,对冷再生基层与铣刨旧路层间接触状况也要求越高。     

半刚性基层沥青路面按弯沉等效的轴载换算公式的研究

根据不同荷载与路面状况下弯沉的实测结果，计算并分析了按弯沉等效的轴载换算指数的变化规律。分析表明半刚性基层沥青路面轴载换算指数主要与路面结构强度和轴重有关，并由此根据实测数据分析得到了按弯沉效时半刚性基层沥青路面的轴载换算公式，供规范修订时参考。     

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。     

含级配碎石层的组合式基层沥青路面轴载换算方法研究

含级配碎石层的组合式基层沥青路面与半刚性基层沥青路面在结构组合和设计指标上都有较大区别,若再以弯沉和弯拉应力指标作为换算指标进行轴载换算,显然是不合理的,为此,本文建立了基于沥青层层底拉应变、级配碎石层顶面剪应力、半刚性材料层层底拉应力的轴载换算方法,对该类型的路面设计具有指导意义。     

不同路面结构的重载敏感性分析

我国主要的路面结构为半刚性基层沥青混路面、水泥混凝土路面及柔性基层沥青路面,不同的路面结构在荷载的作用下表现出不同的力学特性。本文通过非线性力学分析,探讨了路面结构在重载作用下的非线性特性,得出了考虑重载条件的沥青路面轴载换算方法。结合路面结构轴载状况的调查及新的轴载换算方法,分析了不同路面结构对重载的敏感性。     

基于应力强度因子的面层反射裂缝轴载换算方法研究

采用疲劳断裂理论,根据完好路面结构半刚性基层底部弯拉应力等效原则,对三维与平面应变模型荷载进行近似地等效转换。以裂缝扩展速率为等效原则,给出不同轴型和级位下荷载型反射裂缝的轴载换算系数,并与现有沥青路面设计规范进行分析比较。结果表明,基于裂缝扩展速率等效原则的轴载换算系数当轴重小于标准轴载时,比现有沥青路面设计规范中轴载换算系数略微偏大,当轴重大于标准轴载时,要偏小一些。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

移动荷载下沥青路面结构力学响应分析

为真实反映路面结构在实际行车荷载下的受力情况,基于ANSYS有限元软件建立移动荷载下的沥青路面结构的有限元模型,并进行模态分析;研究移动荷载波对沥青路面结构力学指标的影响,以及阻尼比、车速和轴载参数的变化对各力学控制指标的影响。结果表明:在相同车速下,轴载每超载10%,沥青层剪应力和基层拉应力在100kPa以上的时间将分别增加30%和8.33%;当阻尼比达到1.0时,沥青层剪应力、面层与基层层间剪应力以及中面层层顶压应变均较大。     

城市地下道路复合式路面结构设计方法研究

该文首先在对城市道路交通组成特点分析的基础上,给出了新的地下道路轴载换算标准,然后利用疲劳等效原则,确定路面结构轴载换算方法。应用ANSYS力学分析软件分析了复合式路面结构AC、CRC模量及AC层厚度对AC层底拉应变、CRC板底弯拉应力和复合式路面层间剪应力的影响。然后提出了CRC+AC复合式路面结构的设计方法,并建立较为系统的设计步骤和流程。     

基于实测轴载谱的沥青路面轴载换算系数细化研究

为了应对货运车辆重载化和路面结构组合多样化对沥青路面结构设计的影响,如何得到较为准确的轴载换算系数显得尤为重要.采用动态称重系统(WIM),收集了3个监测断面的交通流数据,通过轴载谱分析,得到了监测断面的载重率远大于规范标准值.以实测轴载数据为基础,将轴载研究范围扩大至500 kN.以新规范中4项设计指标取代旧规范中的2项指标,通过有限元软件An-sys对不同基层路面结构相应的轴载换算系数进行了细化研究,并采用Origin对相关数据进行拟合.结果表明基于沥青混合料层疲劳等效的轴载换算系数,对半刚性基层和刚性基层路面,宜采用与轴载大小相关的线性函数;对沥青层永久变形量的轴载换算系数,上面层宜取3.0,中面层宜取3.5,下面层取宜4.0.