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。     

具有柔性过渡层的沥青混凝土路面半刚性基层顶部温度状况的理论模拟

半刚性基层沥青混凝土路面反射裂缝产生的原因之一是半刚性基层温度变化引起的，半刚性基层和沥青混凝土面层之间加入柔性过渡层可有效地防止沥青混凝土路面出现反射裂缝。根据传热学原理，采用有限单元法对吉林省通化试验路3种路面结构半刚性基层顶部温度状况进行了对比分析，结果表明无论夏季或冬季，柔性过渡层都能有效地改善沥青混凝土路面半刚性基层的温度状况，从而减少或消除沥青混凝土路面出现反射裂缝。     

半刚性基层与沥青层之间界面条件对结构性能的影响

利用弹性层状体系理论计算了在不同层间条件下的半刚性沥青路面沥青层中的剪应力、拉应力分布情况及路表弯沉值,分析了基层与沥青层之间由于层间界面条件变化引起的路面结构受力状态的变化。计算表明基层与面层保持连续的界面条件是十分重要的;过分致密不透水的半刚性基层有可能造成路面的早期损坏。     

动载作用下半刚性基层沥青路面应变响应的演化规律

为了研究现实车载作用下半刚性基层沥青路面动力响应的规律,为耐久性路面的设计提供基础数据,在修筑的试验路沥青面层、水泥稳定碎石基层及底基层的底部埋设大量光纤光栅应变及温度传感器,测试并分析了半刚性基层沥青路面在不同路面结构、不同层位、不同轴载、不同行车速度下的瞬时应变行为。研究结果表明:3种路面结构表现出相似的动载响应情况,结构1采用大厚度半刚性层,刚度逐渐过渡,即使在超重慢速不利条件下,整体结构应变水平很低;路面内部受拉响应最大层位为中面层,其次为半刚性层;中面层对动载响应敏感,尤其是轴载引起的变化较大,半刚性层底拉应变在慢速交通下与轴载有很好的线性相关关系。     

设ATPB的半刚性基层沥青混凝土路面结构分析及设计

设沥青稳定排水基层(ATPB)能将进入路面结构内的水分迅速排除到路面外,提高路面结构承载能力,同时可抑制半刚性基层沥青混凝土路面的反射裂缝,延长使用寿命.首先对沥青混凝土路面内部设计渗入量进行分析研究,建立ATPB混合料有效空隙率Vα最小值与沥青混凝土路面内部设计渗入率Iα(cm3/hcm2缝)、排水基层厚度h(cm)和路面纵坡Iz(%)的多元回归模型.其次对设ATPB的半刚性基层沥青混凝土路面进行力学分析,建立沥青下面层层底弯拉应力σx与排水基层模量E(Mpa)、厚度h(m)、与沥青混凝土面层之间接触参数α的多元回归模型,并提出设ATPB的半刚性基层沥青混凝土路面的设计指标.进而提出满足排水功能与结构强度的ATPB的厚度设计方法,并将其成功应用于盐通高速公路试验路ATPB的厚度设计.     

级配碎石基层沥青混凝土路面剩余寿命预测和经济性分析

对运营近两年的沥青混凝土路面实测路表弯沉,再利用现行公路沥青混凝土路面设计规范的设计弯沉计算公式计算该路面还可承受的累计标准轴载作用次数,以此预估路面的剩余寿命,从而对级配碎石基层十水泥稳定碎石底基层沥青混凝土路面进行了经济性分析.结果表明,在路面总厚度不增加较大的前提下,与原设计半刚性基层沥青混凝土路面相比,级配碎石基层沥青混凝土路面更经济.     

基于新版沥青路面设计规范的路面结构设计分析

在2017版沥青路面设计规范颁布后,为了分析路面结构原设计方案的可行性,根据新规范的规定,对道路轴载谱进行了实测并对路面材料参数进行了室内试验,对路面结构进行了重新设计,并对沥青面层厚度、路床顶面回弹模量等参数对基层疲劳寿命的影响进行了分析。结果表明:根据实测轴载谱,原设计方案半刚性基层疲劳寿命不满足要求,通过增大路床处理深度提高路床顶面回弹模量可显著提高半刚性基层疲劳寿命。轴载谱实测及路面结构分析结果可为半刚性基层沥青路面结构性损坏原因调查提供依据。     

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。     

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。     

半刚性基层模量对沥青路面性能影响分析

该文以少洛高速公路路面结构为例,分析半刚性基层模量对沥青混凝土路面各种使用性能的影响,同时,对于路面破坏与半刚性基层的模量之间的关系进行了一定程度的探讨,并在此基础上提出了半刚性基层模量的合理取值范围,对路面基层设计具有一定的参考价值。     

重载作用下典型路面结构动态响应数据采集与分析

通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律。研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应。     

轴载、轮胎内压与轴载换算的研究

通过不同路面强度状态、不同轴载和不同轮胎压力下轮胎与路面接触压力和弯沉的测定,对以弯沉为指标的轴载公式的理论推导过程进行分析和试验验证,对轴载换算公式推导过程中存在的问题进行讨论。试验验证结果表明,轴载的增加对路面结构造成的损坏比轮胎压力的增加要严重的多。     

路面载重车辆的荷载特征

在收集了我国公路上行驶的单、双后轴整车型的载重车辆轴载资料的基础上,参考国家现行轴限规定与轮胎型号等标准,从路面结构设计的角度上对轴载、轮胎气压、接地压力、轴型参数等荷载特征参数进行了整理分析,采用统计回归方法找到了特征参数的规律和相互关系,进而提出了供路面结构设计的轴型参数:双轮间距、轮距、轴距按额定轴载进行分级的建议表,以及以后轴额定轴载和轴载实载率为自变参量的轮胎接地压力的统一回归式和回归系数,讨论了现行沥青路面结构分析中双轮中心距取3倍荷载当量圆半径宜根据额定轴载和轴载实载率确定适用范围。此研究结果为提高路面结构分析精度提供了可靠的荷载特征参数依据。     

重载沥青路面结构力学性能计算机模拟分析

沥青路面结构在重轴载车辆荷载作用下，早期损坏现象严重。文章利用大型有限元程序ABAQUS，对承受重轴载车辆荷载作用的典型路面结构力学性能进行计算机模拟分析，为特重车辆作用下承载能力较强的沥青路面设计提供基础资料。     

柔性基层沥青路面轴载换算方法研究

文中结合重载交通实际状况和柔性基层沥青路面的普遍结构形式,考虑柔性基层沥青路面材料的非线性,采用粘弹性有限元法分析重载交通对柔性基层沥青路面路表弯沉的影响,提出了轴载换算指标,得到了柔性基层沥青路面的轴载换算公式。结果表明:柔性基层沥青路面对于重载交通的轴载敏感性小于半刚性基层路面,更能适应我国公路运输中超载超限问题突出的现状。     

层间接触状态对半刚性基层沥青路面使用寿命的影响分析

基于弹性层状体系,利用Kenlayer程序研究了标准轴载作用下半刚性沥青路面层间接触状态对路面结构使用寿命的影响。分析结果表明:层间接触状态对路面结构层中应力的分布和路面使用寿命均有重要影响。完全连续状态下的路表弯沉值、结构层层底拉应力和路基顶部压应力要小于非完全连续状态的情况,基面层间的接触状态所产生的影响要大于面层间的接触状态。层间接触状况较差时,路面结构的使用寿命会有明显下降。层间完全连续状态下的路面使用寿命,几乎是其它层间接触状态下的2~4倍。因此,铺设路面时适当铺洒粘层和透层,可保证层间连续性,     

半刚性基层沥青路面交通荷载适应能力分析

根据路面状况和车辆轴载的长期检测数据,以及路面养护维修历史数据,分析了几种典型路面结构下路面破损状况、路面平整度、路面强度与累计当量轴次之间的关系。根据所得到的典型路面结构的使用性能变化规律,分别按路面破损状况、平整度、强度指标估计路面结构能够承受的交通荷载作用次数,得到了典型半刚性沥青路面结构的交通荷载适应能力。     

城市快速路沥青路面结构改造方案优选研究

以某城市快速路路面改造工程为研究背景,运用ABAQUS有限元软件建立路面结构三维模型,针对原路面结构和4种路面改造结构进行了力学性能对比分析,并在此基础上对路面结构改造方案进行优选。研究结果表明:①不同沥青路面结构的各项力学指标均随着轴载的移动呈先增大后减小变化,当轴载移动至路面中心时,各项力学指标均达到最大值;②RCC混合式基层结构的力学性能较于沥青稳定碎石组合式基层结构、半刚性基层结构更优,建议沥青路面结构改造方案选用RCC混合式基层结构;③适当增加基层厚度和基层模量能有效提高沥青路面结构的承载能力和使用寿命。     

基于路基顶面压应变的沥青路面轴载换算方法

对于沥青路面设计,选用了路基顶面压应变为设计时的控制指标。利用BISAR程序,计算了不同路面结构在不同轴重、不同胎压下路基顶面压应变。根据轴载换算等效原则,计算了基于路基顶面压应变的不同路面结构在不同轴重、不同胎压下轴载换算指数。结果表明,不同胎压、不同轴重及不同路面结构等情况对轴载换算指数的影响较小,各种情况下轴载换算系数的平均值为0.986;并结合路基顶面容许压应变计算得到基于路基顶面压应变的轴载换算系数为4.93。分析结果可为今后路面设计方法的轴载换算提供参考。     

多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性

为分析多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性,通过现场调查建立了不同轴型作用下沥青路面的三维有限元模型,分别研究了单后轴、双后轴及三后轴轴载均匀分布、三后轴车轴载不均匀分布及三后轴车前轴悬空条件下对路面的影响。结果表明:多轴车轴距大于3 m时,各轴对路面的作用相互独立,轴数的增加对路面竖向位移产生叠加作用,对路表最大剪应力及压应力影响不明显;三后轴车中轴对路面竖向位移作用最大,较前轴及后轴分别增大23.7%和18.2%,中轴及后轴对路表剪应力有一定影响,而各轴对路表最大压应力基本没有影响。研究结果显示多轴车轴载不均匀分布对路面破坏会产生较大影响。