高速公路改扩建工程路面加铺结构层力学响应分析

依托昌九高速公路改扩建工程,针对高速公路改扩建工程中路面加铺结构层后力学响应特征进行了分析,结果表明:加铺结构层搭接宽度为60 cm时,加铺结构层后路面结构内部受力状态较优;水稳碎石层厚度变化对加铺结构层力学指标影响比沥青稳定碎石层厚度变化影响更大;水稳碎石层模量变化对加铺水稳碎石层层底拉应力、原路面层底拉应力和拉应变的影响相对较大,而沥青稳定碎石层模量变化对其它指标的影响相对较大;随着轴载的增大,各力学指标呈线性增长趋势。     

土基模量对沥青混凝土路面的力学响应的影响

采用基于多层弹性层状体系理论的路面结构分析软件BISAR3.0,对我国典型的半刚性路面结构的路表和路基顶面弯沉、面层和基层层底拉应力及路基顶压应变进行计算分析。结果表明,土基模量对半刚性基层层底拉应力较面层层底拉应力影响较大,起主要控制作用;并且随着土基模量的增加,路面结构层的力学性都能得到明显改善。     

含碎石化层的沥青加铺路面结构分析

利用ABAQUS有限元软件建立了含碎石化层的沥青加铺路面结构模型,研究土基、旧路基层与碎石化层模量以及碎石化层和加铺层厚度对含碎石化层沥青加铺层路面结构的力学响应的影响,确定碎石化模量的控制范围.结果表明,荷载作用中心点及附近一定区域,沥青加铺层层底受拉;沥青加铺层层底拉应力对土基模量、旧路基层模量、碎石化层厚度不敏感,但当碎石化层模量较小(接近300MPa)或加铺层厚(大于20cm)时层底拉应力均较大,在重载作用下更大.因此碎石化道路必须验算沥青层层底拉应力指标.为使沥青层层底拉应力峰值不至于过大甚至超过容许拉应力,使得受拉区域控制在一定范围以内,同时为降低加铺层竖向剪应力及土基顶面压应变,并达到防治反射裂缝的效果,碎石化层的模量宜控制在500～1000MPa.     

沥青混凝土路面结构厚度设计参数

介绍了沥青混凝土路面结构厚度的设计参数,包括计算路表弯沉值、计算结构层底拉应力和结构层材料的弯拉极限强度。     

基层设计参数对路面结构力学性能的影响研究

以路表弯沉、基层层底拉应力、底基层层底拉应力为考核指标,以基层厚度、模量和底基层模量为考核因素,采用正交方法进行路面结构组合设计。针对每种路面组合结构,利用有限元软件建立模型进行力学计算并得出结论：基层厚度越大,路面力学性能越好;三个因素对路表弯沉和基层层底拉应力的影响排序为基层厚度〉基层模量〉底基层模量,对底基层层底拉应力的影响排序为基层厚度〉底基层模量〉基层模量。经综合考虑可得到每个设计参数的最优取值。     

基于APT试验的半刚性基层沥青路面动力响应分析

通过足尺试验路加速加载试验研究半刚性基层沥青路面的动力响应,为路面性能预估及结构设计提供依据。通过修筑水泥稳定碎石基层和二灰稳定碎石基层2种结构APT试验路,埋设水平应变仪、竖向压应力传感器和温度传感器,实时采集路面结构动应力、应变、弯沉和路面温度场,分析温度与结构动应变、应力响应的关系,开展基于FWD弯沉盆的路面结构层模量和力学响应计算分析。研究结果表明,半刚性基层层底拉应变受温度影响较小,半刚性基层厚度对结构弯沉影响较大;半刚性基层厚度越小,其模量衰减越快;随重复荷载作用,半刚性基层层底拉应变响应先较快增加而后缓慢减小;在路面使用初期(2 560万次标准轴载),半刚性基层结构模量衰减较慢,当轮载作用1亿次标准轴载累计当量轴次时,半刚性基层模量约衰减55%。     

路面结构参数对拓宽道路附加应力的影响

应用有限元程序,将路堤顶面的差异沉降作为位移约束条件直接施加到路面结构底部,建立了差异沉降下路面结构应力的计算模型.分析了路面结构参数变化对拓宽道路的影响,并采用正交设计法进行了结构层参数变化的敏感性分析.结果表明,路面各层附加应力随着不同结构层厚度和模量的增大而有相应地增大或减小,对基层底附加拉应力而言,基层厚度和模量的变化对其影响最大.对不同的路面结构层底附加应力,各因素影响显著性程度不一样.     

基于旧水泥路面沥青加铺结构的应力吸收层路用性能

应力吸收层在抑制旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的形成方面具有良好的效果。采用不同沥青结合料和矿料级配的应力吸收层混合料分别进行低温弯曲破坏试验,并利用3种沥青结合料与推荐级配的混合料分别进行拉伸与拉压疲劳试验,分析沥青结合料种类与矿料级配对应力吸收层材料低温抗裂性的影响以及沥青结合料对混合料抵抗拉伸变形与拉压疲劳性能的影响。试验结果表明：矿料级配与沥青结合料类型对其路用性能均有显著影响,可通过优化矿料级配和改善沥青结合料性能提高应力吸收层低温抗裂与抗疲劳性能,其中自主研发的高黏度SBS改性沥青Sampave与国外的STR ATA用高黏度SBS改性沥青结合料的应力吸收层混合料性能基本接近。     

半刚性路面结构层模量梯度控制与论证

为了从理论上进一步验证结构层模量梯度控制的必要性,以对受力影响最为显著的基面层模量比为切入点,选取层间不完全连续接触,利用壳牌路面设计软件Bisar 3.0全面计算基面层模量比变化时半刚性路面的力学响应,将模量比的影响定量化.结果表明:基面层模量比从1增大到3.5时,沥青层最大拉应变与结构最大弯拉应力均呈先减后增趋势,同时面层剪应力随之增大;基面层刚度差异过大导致上基层层底拉应力骤增;规范推荐基面层模量比1.5～3较合理,可保证路面受力均衡.     

冷再生沥青结构中残留层对路面结构的影响

根据冷再生层厚度以及不同的残留层厚度和模量,建立路面结构力学模型,利用有限元软件对路面结构进行计算,得到残留层厚度和模量的变化与冷再生层层底拉应力的变化规律,分析了残留基层厚度对路面结构的影响.     

移动荷载作用下结构参数对沥青路面的动力响应分析

利用ABAQUS有限元软件建立沥青路面的三维仿真计算模型,分析移动荷载作用下沥青路面的设计指标受结构参数影响的变化规律;结合正交试验,探讨了结构参数的影响权重,在此基础上选择了一种结构参数组合并进行了试算。研究结果表明:(1)面层厚度增加可以显著降低面层底部拉应力,基层厚度增加可以显著降低底基层底部弯拉应力,底基层厚度增加可以显著降低基层底部弯拉应力;(2)面层、底基层模量的增加会减小路表弯沉和路基顶压应变,提高结构层的抗变形能力,但是面层、基层、底基层模量的增加也会导致该结构层底部拉应力的显著增加;(3)在敏感性分析的基础上,合理地选择结构参数组合可以有效地降低沥青路面的动力响应。     

基于应力吸收层的沥青加铺层温度应力分析

对加铺沥青面层的水泥混凝土路面进行温度应力分析发现：应力吸收层并不是越厚越好,应力吸收层的厚度对层间剪应力和结构竖向位移影响较大,而对沥青层底拉应力的影响比较小;高模量的应力吸收层材料对结构竖向位移、层间剪应力和沥青层底拉应力均不利。     

沥青层底面拉应变的预估及工程应用

现行沥青路面设计规范中沥青层底拉应力是设计指标值之一,但在现场沥青层底拉应力却无法检测.沥青路面弯沉盆的理论研究和分析表明,沥青层底拉应变与不同位置的弯沉之间存在着一定关系.因此,在现场测得路面不同位置的弯沉,即可计算得到沥青层底拉应变.根据沥青层底拉应变可评估沥青层的使用寿命.实例说明该方法简便可行.     

设置抗裂结构层的旧水泥混凝土路面加铺结构温度应力分析

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层是一种常见的结构形式。采用有限元方法对不同加铺结构的温度应力进行计算,结果表明:采用抗裂结构层以后,接缝处沥青加铺层最大主应力、等效应力和最大剪应力基本上随加铺层厚度的增加呈减小的趋势,加铺层厚度越大温度应力越小。对比分析后发现,设置应力吸收层和大粒径沥青碎石抗裂结构层以后,接缝处最大主应力、等效应力和最大剪应力都有较大程度的减小。土工织物夹层的抗裂效果与夹层材料的模量有较大关系,当模量越大时对温度应力的减小程度越大。     

基于二级公路再生层大中修路面结构研究

目前,世界上共有两类路面结构:柔性路面设计和半刚性基层路面设计。沥青混凝土半刚性基层路面一直是我国二级公路典型的路面结构,设计方法相对较为成熟。我国二级道路大中修的做法通常是:先对旧路面进行铣刨处理,待去除结构层后对剩余半刚性层进行加铺沥青混凝土。本文根据国内外再生层路面设计的研究进展,首先阐述了二级公路再生层路面设计指标:路基竖向压应变、沥青层底拉应变、再生层层底拉应变的计算方法,并给出路面结构设计的控制标准。同时借鉴国外的设计方法,提出一种二级公路再生层路面结构计算方法,并分析不同混凝土厚度、不同作用次数下的拉应变变化情况。并按照此方法对工程实例进行计算,得出最优的二级公路大中修路面典型结构。希望为今后二级公路再生层大中修路面结构设计提供理论指导。     

旧沥青路面对超薄水泥混凝土路面荷载应力影响

为了定量分析旧沥青路面对UTW路面使用性能的影响程度，将UTW路面板视作面层，沥青层视为基层，旧沥青路面基层以下部分视为综合地基，利用弹性三层体系模型，应用三维等参无法，计算分析了旧沥青路面铣刨后剩余厚度、弹性模量与路面板厚度、地基综合模量对超薄水泥混凝土路面荷载应力的影响。研究表明，板底弯拉应力随沥青层厚度至线性变化，且斜率与Es有关；路面板较薄时，控制沥青层厚度大子6cm，有利于UTW路面的使用；对于一定的路面板厚度，当沥青层弹性模量大于某一值后，对路面板底弯拉应力影响很小，可以此值来评价旧沥青层品质；随着Ea的减小，沥青层厚度对板底弯拉应力产生负效应。     

橡胶沥青应力吸收层在石家庄南三环辅道中的应用

针对目前我国沥青路面面层普遍存在的反射裂缝问题,设计了3cm厚度的ARAC-10级配的橡胶沥青混合料,并在石家庄南三环辅道上进行了成功的应用,得出ARAC-10橡胶沥青混合料作为应力吸收层具有很好的强度、抗水损害性能、高温抗车辙性能和疲劳性能,应用方面具有很好的拌合、储存运输、摊铺等性能,路面设计上有效地降低了路面厚度,节省了材料成本。在对比中发现,若适当添加纤维,会使路用性能得到更进一步的提升。ARAC-10橡胶沥青应力吸收层是一种性价比很高的层间材料,具有很好的应用前景。     

沥青含量对混合料疲劳极限特性的影响

利用马歇尔试验确定了沥青混合料的最佳沥青含量,采用控制应变的小梁疲劳试验,研究了最佳沥青含量和富沥青含量混合料弯拉劲度模量随应变水平的变化规律,得到了应变水平与荷载作用次数模型,并分析了2种混合料在不同应变水平和轴次下的疲劳特性。分析结果表明:不同应变水平下,2种混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数变化规律基本一致,高应变水平下弯拉劲度模量迅速衰减,低应变水平下初始阶段模量明显降低,随后趋于平缓;以弯拉劲度模量降为初始值的一半作为破坏标准,2种混合料疲劳寿命和应变的关系都呈非线性特征,且低应变水平下曲线呈现典型的渐近线趋势,表明2种沥青混合料具有类似的疲劳极限特性;富沥青含量混合料在高应变水平下对疲劳极限特性影响有限,只有当应变水平小于100με时才对疲劳寿命有明显改善;在进行永久性沥青路面沥青层设计时,不能简单通过增加沥青含量减薄沥青层厚度。     

有限元分析应力吸收层对刚性路面加铺层的影响

采用有限元计算方法,分析了不同应力吸收层在接缝处对沥青加铺层层底拉应力、弯沉差的影响,确定了应力吸收层的合理厚度及模量。     

泡沫沥青就地冷再生路面力学性能影响因素分析

针对泡沫沥青就地冷再生路面结构设计中存在的问题,以三层结构体系为基础,结合泡沫沥青冷再生路面结构设计参数调查,采用正交试验方法建立路面结构计算方案,通过BISAR3.0计算不同结构组合下路表最大弯沉、冷再生层层底拉应力,分析面层厚度、冷再生厚度、原基础当量模量以及层间结合对路表弯沉以及冷再生层层底拉应力的影响,为泡沫沥青冷再生路面结构组合设计提供理论参考。