移动荷载作用下组合式沥青路面结构受力特性分析

基于Abaqus有限元软件进行二次开发,建立了移动荷载作用下组合式沥青路面结构三维有限元模型,分析了不同行车速度下组合式沥青路面结构力学影响规律;结合正交试验,对路面结构层厚度进行了敏感性分析。结果表明:面层层底拉应变、底基层层底拉应力随行车速度的增大而减小,且行车速度越慢,路面结构所经历的力学响应波动循环越多、持续时间越长,对路面结构受力越不利;可采用增加面层厚度的方式提高组合式沥青路面结构抵抗疲劳开裂、永久变形和反射裂缝的能力,并尽量将运行车速控制在60 km/h以上;在组合式沥青路面结构设计时,应注意提高面层上部和中部的抗剪性能,同时加强各沥青结构层间的黏结。     

重冻区沥青路面永久变形影响因素分析

针对河北省重冻区张承(张家口—承德)高速公路主线沥青路面,借助ABAQUS分析软件构建考虑沥青面层粘弹性的二维模型,同时考虑当地特殊环境温度场对路面应力的影响,分析不同荷载作用轴次、速度及超载工况下重冻区沥青路面结构的永久变形。结果表明,在高速公路通车前期,车辙的产生及深度增加主要与荷载作用频次成正相关;随着行车速度的增大,车辙深度减小;车辆轴重对重冻区沥青路面永久变形的影响较明显,随着载重的增加,车辙加深。     

典型地区沥青混合料永久变形动态模量代表值研究

沥青混合料在不同的试验温度和荷载频率作用下,其动态力学响应特征不同,不同的温度和行车荷载作用下服役的沥青路面产生的主要路面病害也不同。在沥青路面常见的路面病害中,永久变形属于结构性破坏,可以利用行车荷载作用下的沥青面层混凝土力学响应特征参数来描述。文章通过对内蒙古地区基本状况进行调研,得到分析路面结构参数,然后选取典型区域历年温度参数进行调研,利用调研所得数据,进行永久变形等效温度预估分析,进一步得到永久变形模量代表值。研究结果显示:典型路面结构上、中、下面层的代表温度分别为22.2℃、21.1℃、20.8℃,永久变形模量代表值分别为8570 MPa、9755 MPa、9276 MPa。     

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。     

温度与移动荷载作用下特重交通RCC基层沥青路面结构响应分析

为便于传统半刚性基层沥青路面改造方案结构优选,使改造后的路面能更好地承受特重交通与环境温度作用,针对碾压混凝土(RCC)基层以及组合式基层沥青路面两种改造方案,利用ABAQUS有限元软件进行其在大气温度作用下的路面结构温度场预估、温度应力分析,以及典型温度场与移动荷载的耦合分析。结果表明:①大气温度对路面温度场的影响主要集中在面层,尤其是中上面层,温度变化梯度对温度应力影响较大;②温度应力主要集中在基层及以上结构层,面层在温度较低时承受拉应力,基层顶面承受较大的温度压应力;③相比于组合式基层,RCC基层沥青路面在温度与移动荷载共同作用下,其沥青中下面层剪应力、沥青层层底弯拉应变以及土基顶部压应变等均具有更为明显的力学优势,且抗疲劳开裂和永久变形损伤预期寿命最长。RCC基层沥青路面可作为特重交通路面改造工程的优选结构。     

温度-车辆耦合荷载对沥青路面设计参数的影响分析

为研究温度与车辆荷载耦合作用下沥青路面的力学响应规律及其对设计参数的影响,建立"大粒径级配沥青碎石柔性基层+水泥乳化沥青混凝土联接层"沥青路面的三维有限元模型,分析其在车轮-夏季最不利温度耦合荷载作用下应变及路表弯沉响应。结果表明,温度荷载对路面面层有显著影响,面层温度应变大于车辆荷载应变,最不利温度应变和车辆耦合应变会超出材料的容许应变,沥青路面设计参数分析应考虑温度效应。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

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。     

制动力对沥青路面纵向应力及变形的影响分析

利用ABAQUS有限元软件建立半刚性基层沥青路面三维模型,对路面施加垂直荷载和制动力荷载,比较路面结构在不同车辆制动力作用下的纵向受力和变形,分析制动力变化对路面结构纵向受力和变形的影响,得出在制动力荷载较大路段,沥青面层推移和波浪等破坏是沥青路面设计中应重点考虑的问题。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

半刚性沥青路面结构车辙预估方法研究

路面结构在重复荷载作用下产生过量的永久(塑性)变形,会使路表面出现影响行车安全和舒适性的不平整(车辙),或导致面层出现开裂。针对半刚性基层沥青路面的永久性变形展开研究,对其车辙量和寿命进行预估,并提出合理的半刚性基层沥青路面结构设计方法。     

考虑重载车辆限行的新铺沥青路面车辙分析

利用Abaqus有限元分析软件,采用线性Drucker-Prager理想弹塑性本构模型描述沥青材料,结合实际道路交通量统计结果,分析了连续性周期荷载作用下沥青路面结构的车辙行为,对比了重载车辆限行前后新铺沥青路面的车辙。结果表明:车辙受到中面层性能的影响最大,沥青面层变形占路面结构总变形比例最大;新铺道路开放交通初期,非弹性变形发展较快;限制重载车辆可以有效减小车辙,开放交通较早的道路,限行对减小车辙的作用越明显。     

重交通荷载下的沥青路面结构力学响应研究

文章针对广西典型沥青路面结构,进行了5个等级的均布荷载作用下的路面结构有限元力学响应计算。结果表明:重载交通条件下,面层是沥青路面结构受力的最不利位置,最大压应力出现在表面;重载将会大幅增加面层及基层的弯拉应力、弯拉应变,上面层和下面层底面弯拉应力不同,上面层为负值,下面层为正值;重载将会导致层间剪应力的大幅增加,面层是剪应力主要集中的区域。所得结论可为重载条件下沥青路面设计指标的提出提供理论依据。     

饱水OGFC沥青路面力学分析

基于弹性多孔介质理论,利用Abaqus软件建立了饱水OGFC沥青路面的轴对称有限元模型,分析了在水荷载耦合作用下,上面层OGFC不同动态压缩模量对应力、应变和孔隙水压力影响的变化规律;研究了不同车速和渗透系数情况下孔隙水压力的时程变化曲线。结果表明:随着OGFC动态压缩模量的增大,沥青面层的水平应力呈下降趋势,中面层底部的水平应力受影响最大,上面层底部次之,下面层底部最小;随着OGFC动态压缩模量的增加,特征点A最大水平应变不断减小,特征点B、C随上面层动态压缩模量的增大,最大水平应变影响不大;面层结构内的孔隙水压力在水和车载耦合作用下呈现明显的正负逆转现象,且与车速有关,车速越大,孔隙水压力越大;OGFC动态压缩模量和上面层渗透系数的增大均可降低上面层孔隙水压力。     

不同车速下沥青路面结构的动力响应

为了更加直观地反映沥青路面结构的真实受力状态,将汽车荷载简化成均布移动荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,建立3D动力有限元模型,分析车辆以不同速度匀速通过和刹车状态下路面结构的动力响应。分析结果显示,较低的车速会使路面结构内部产生较大的应力,并且应力随车速减小基本呈现线性增大趋势;刹车过程中产生的较大水平荷载对结构内部应力产生较大影响,尤其是剪应力和水平正应力,因此在刹车比较频繁的区域,增强面层以及层间接触面的抗剪强度和抗弯拉强度,可减少车辙、推移或拥包等病害的出现。     

斜坡路基沥青路面结构动力响应分析

斜坡地段公路的主要破坏形式是斜坡路基的稳定和沥青路面的纵向开裂。斜坡路基沥青路面的力学行为因其特殊的结构形式有其显著特点。现场调查表明轮载动力作用直接影响斜坡路基稳定及上承路面结构的响应。采用有限元软件ABAQUS建立了斜坡路基路面动力计算模型,分析了车辆荷载作用下斜坡路基动应力、路表弯沉以及基层层底拉应力的变化规律,重点研究了车辆轴载、行车速度、面层刚度、面层厚度、基层刚度、基层厚度、路基模量等外加荷载状态、路面层状组合与材料力学性能方面的参数对斜坡路基沥青路面结构动力响应的影响。分析认为斜坡路基填筑质量、基层厚度和动力作用对路面响应具有重要影响,设计、施工和管理中必需采取有针对性的措施以防止路面的早期破坏并保证路面的长期使用性能。     

宿迁地区干线公路沥青路面结构永久变形预估分析

车辙是高等级沥青路面的主要病害类型,基于蠕变率控制标准车辙预估模型,针对宿迁地区干线公路主要路面结构形式,以及不同类型面层材料进行了设计期内永久变形分析,研究得出了基层、底基层对于路面结构长期永久变形效应的敏感性影响及相应规律,同时,从面层永久变形角度考虑,提出了干线公路重载交通路段路面结构下面层的厚度阀值建议。     

基于动态参数的新型半刚性沥青混凝土路面结构力学分析

基于弹性层状体系理论,借助大型有限元软件ABAQUS建立了新型半刚性路面结构三维有限元模型,引入铺面材料动态模量参数,并编写了UTRACLOAD和DLOAD用户子程序,研究不同车速以及连续变速下的路面结构动力响应,与基于静态参数的路面结构力学响应进行了对比;并分析了特定车速下新型半刚性路面结构与传统路面结构各力学性能指标的差异.结果表明;车速对路面结构各动力响应值的影响较小;车辆在连续变速时,路面结构上中面层受到了更为不利的剪应力作用;相比于静态模量,采用动态模量分析的半刚性基层层底拉应变减小,而沥青混凝土上面层剪应力水平增加;新型半剐性路面结构能有效降低交叉口路段车辙情况发生的几率,提高其抗永久变形能力.     

重荷载作用下橡胶沥青面层结构的三维非均布动力响应分析

为了掌握重型移动车辆荷载作用后橡胶沥青路面的力学响应,文章首先基于路面平整度车辆振动因素选取了1/4动力学模型作为重载车辆模型;而后,基于路面结构、边界条件、材料参数等条件,建立在非均布移动重荷载作用下,橡胶沥青路面的三维瞬态动力学有限元模型;最后,基于有限元模型给出橡胶沥青路面在移动重型车辆荷载作用下的动力响应时程变化规律和空间分布规律。结果表明,橡胶沥青路面结构的力学响应呈波动性及正负交替变换,横向、竖向的应力应变先迅速增加后减小,荷载离开后留有一定的残存变形,下部应变比上部应变恢复得快;纵向应力始终为负,且在中下面层中,移动车辆荷载出现了微小波动;橡胶沥青路面吸收应力应变的能力比普通沥青路面强。     

重载对以弹性模型表征的沥青路面使用性能的影响

利用ABAQUS有限元分析软件,采用弹性本构模型表征沥青混合料的材料性质,结合JTG D50-2017《公路沥青路面设计规范》,分析重载对沥青路面使用性能的影响。结果表明,路表弯沉随着轴重的增长呈线性增长,重载会大大降低结构承载能力;重载作用使路面结构产生相同永久变形量所需荷载作用次数急剧降低;随着轴重的增加,中面层中的剪应力线性增长,加速沥青路面的剪切破坏;沥青面层和无机结合料层的疲劳寿命随轴重的增加呈幂函数形式减小;土基顶面产生相同压应变所需轴载作用次数随轴重的增加急剧减小。