国内外足尺加速路面试验研究概况

文中介绍了足尺加速路面试验研究概况,对足尺加速路面试验给出了定义和分类,并简要介绍了国内外典型的足尺加速路面试验情况。     

美国联邦航空管理局机场道面试验中心足尺试验介绍

为了应对大飞机的超大荷载对机场道面带来的破坏,并由此可能引发的飞机安全事故,美国联邦航空管理局(FAA)建立了国家机场道面试验中心(NAPTF)致力于机场道面结构的研究,NAPTF于2000年开始进行不同机场道面结构的足尺重复加速加载试验,采集了大量的重复加载下路面结构响应数据.FAA机场道面试验中心进行的足尺试验,包括足尺试验设计、路面结构形式、加载信息以及结构响应等,足尺试验很好地反映了路面破坏的整个过程,其成果已用于对目前道面设计中所采用的力学模型的修正等方面.     

重载沥青路面车辙预估的温度-轴载-轴次模型

为了弥补现有车辙预估模型的缺陷,建立了基于温度-轴载-轴次的车辙预估模型;结合路面足尺ALF加速加载的车辙试验,对不同的沥青路面结构开展车辙预估研究,并结合甘肃省武威地区的气候及交通特点,给出了车辙预估的具体方法;最后对车辙预估模型的可靠性进行验证.结果表明:车辙深度与累计轴次满足幂指数关系;温度和轴载是影响路面车辙的重要因素,温度每升高5℃,车辙深度大约增加1.8倍,车辙深度的增加倍数与轴载增加倍数大致相同;提出的基于温度-轴载-轴次的车辙预估模型具有很高的可靠性,可用于预估同类沥青路面的车辙;强土基薄面层的路面结构具有更好的抗车辙性能.     

国外同类项目对中国足尺路面试验环道建设的借鉴作用

足尺路面加速加载试验是国际上先进的一种试验研究手段.面对中国公路建设、养护和管理并重的发展形势,为了适应大交通量和重载交通时代的来临,采用足尺路面加速加载试验方法是提高对沥青路面变化规律的认识,加强对新材料、新工艺的适用性验证和评价,提高中国公路路面耐久性的一个关键技术手段.足尺环道建设在中国公路技术研究史上具有里程碑式的意义,环道建设必须具备实用性、前瞻性、科学性和开放性的特点.在充分征求全国各省区市意见的基础上,借鉴全球已建成环道的建设经验是十分必要的.     

足尺路面加速加载试验系统在我国的应用

近年来,我国的高等级公路建设得到了快速发展,需要我们对路面结构性能进行深入的研究,在各种研究手段中,野外的足尺路面加速加载试验是一个身份有效的试验研究手段。在过去的20多年中,我国的加速加载试验系统ALF在沥青路面结构设计、参数研究以及使用性能评价方面做了大量研究工作,特别是在沥青路面的承载能力评价与预估、路面结构破坏机理、车辙变化规律研究、荷载—路面结构动力响应研究以及半刚性沥青路面设计参数衰变规律研究等方面取得了一定的研究成果。     

基于直道足尺车辙试验的沥青路面重载轴载换算方法研究

车辙现已成为沥青路面一个严重问题,车辙也将发展成为沥青路面设计指标之一,故需建立起与其相对应的轴载换算公式。通过对3种典型的沥青路面结构进行直线式加速加载足尺试验,对不同重载作用下路面车辙随荷载作用次数的变化关系进行分析,得到了车辙预估方程,进而用等形变法建立了基于路面车辙等效的重载轴载换算公式。实验证明,利用该这个公式,再通过车辙预估方程计算的车辙与直道实测车辙数据拟合情况较好。     

超薄白色罩面大型足尺试验研究

超薄白色罩面(UTW)是近年在国外应用较多的一种新型路面结构。为研究我国的半刚性基层沥青路面的UTW结构特性,在室内修筑了多方案的大型足尺试验路,并采用直线式加速加载系统进行试验。足尺试验采集了动载应变和静载应变,对比分析不同方案的结构特性发现,层间粘结使中性轴下移,减小了混凝土板拉应力;通过对各方案破坏情况的分析,得出较好的结构组合;钻芯发现超薄白色罩面结构分析中主要应考虑混凝土板应力。通过对路面开裂的有限元分析,印证了路面的开裂位置,并指出脱空是板角开裂的主要原因。     

UTW直道足尺试验路结构性能评价

通过足尺试验对UTW试验路进行了结构性能试验和评价。通过分析试验路弯沉变化及动态模量,对路面整体承载能力进行了分析和评价;通过裂缝观察及结构性能评价对方案进行了比较分析。从试验结果及评价结果来看,不同方面的评价结果具有很好的一致性,各方案结构性能从好到差的排序依次为:方案三>方案四>方案五。评价结果也揭示出,基础强度和恰当的结构组合对路面的使用性能影响显著。     

超高性能砼桥面铺装足尺试验研究

通过超高性能砼(UHPC)桥面铺装足尺试验,设计指导桥面现场UHPC浇筑的施工方案;通过验证UHPC桥面铺装材料、搅拌工艺、运输方式及施工工艺,确定足尺试验所采用的方案合理、可行,可为桥面现场UHPC浇筑施工及类似施工提供有力支撑。     

足尺路面试验环道路面结构与材料设计

介绍了我国第1条足尺路面试验环道(RIOHTRACK)的技术定位、路面结构与材料设计方案及试验平台的车辆加载、数据采集等系统的构成。RIOHTRACK足尺路面试验环道的直线和缓直曲线段共设计了19种路面结构,这些路面结构形式涵盖了国内外工程应用案例,其中包括了柔性、半刚性和刚性基层结构,以及不同的沥青结构层和材料组合模式。根据设计理念和评价目标将19种路面进行了分类,并分别论述了各结构设计标准、验证目标、结构特征、材料技术要求等内容。利用总重达100 t的多轴加载车,以加速加载方式对上述典型路面结构进行了全天候加载,对使用性能进行了系统的量化比较。结果将用于研究轴载换算方法、路面损伤预估模型、结构与材料优化设计方法以及养护技术标准等。     

装配式无锚固移动护栏用于施工区域的试验研究

针对高速公路施工区域安全防护装置无法满足工程需要的现状，设计开发一种防撞性能好、安拆便捷、对路面无破坏的装配式无锚固移动护栏。通过LS-DYNA软件进行碰撞仿真试验及实车足尺碰撞试验，验证了该装配式无锚固移动护栏的防护性能满足标准规范要求，具备良好的实用性，可进行推广应用。     

新老路基工后差异变形对路面结构的影响

路基拓宽工程中相关病害的发生与新老路基间的工后差异变形有着直接的关系,通过有限元数值模拟和室内足尺试验,对沥青路面在路基差异变形下的结构响应进行了深入分析,为相关工程设计方法的建立提供重要的理论依据和技术支持。理论分析表明,较小的路基不协调变形足以使沥青混凝土路面在路面结构中产生较大的附加应力,应力级位明显上升。室内足尺试验研究表明,在发生路基不协调变形后,新路基处的沥青路表当量回弹模量和疲劳寿命均有不同程度的下降。     

足尺加速加载试验环道路面初步设计方案研究

文章针对中国现在阶段高速公路沥青路面建设养护中存在的问题和路面技术发展的需求,对不同省区的沥青路面现状和关注问题的调研和分析,通过充分征求全国各省区市的意见,掌握目前业内对高速公路路面设计的关注点以及对高速公路路面试验研究应解决的问题,从而确定足尺路面加速加载环道的试验内容,使环道路面试验能满足路面科学研究及全国交通建设需要,提高环道路面试验的科学合理性。     

SMA沥青路面抗车辙性能研究

通过足尺路面加速加载试验系统,对SMA沥青路面的抗车辙能力与普通沥青混凝土路面进行了对比试验。试验结果表明,SMA沥青混合料具有较好的抗车辙能力,而中面层沥青混凝土是沥青路面车辙的主要贡献者,仅仅加铺一层SMA沥青混合料并不能从根本上解决沥青路面的车辙问题,需要加强对各层沥青混合料的综合设计。     

UHPC加固盾构隧道衬砌结构试验

为了研究超高性能混凝土（UHPC）加固盾构隧道衬砌结构性能,首先开展了UHPC材料抗压、抗拉试验研究,然后将其应用于加固盾构隧道衬砌结构,并开展了加固结构的极限承载力足尺试验研究。该加固方法包括以下步骤：在隧道管片内表面进行凿毛处理,在凿毛后的内弧面植入弯筋和化学锚栓,清理凿毛表面,最后在内弧面浇筑0.06 m厚UHPC。未加固衬砌结构整环外径6.2 m,环宽0.6 m,管片厚度0.35 m。加固结构通过外弧面上均匀分布的24个千斤顶进行加载,这些千斤顶分为3组,分别控制其荷载大小,以模拟地层的不均匀压力。标准养护条件下,UHPC18 d龄期（足尺试验龄期）的抗压和抗拉弹性极限强度分别达到138 MPa和12 MPa。加固整环结构的弹性极限由腰部外弧面的混凝土开裂控制,结构破坏是由于原管片接头位置出现4个塑性铰,致使结构变成可变机构。通过分析试验结果以及对比现有加固技术,得到如下主要结论：①UHPC材料的拉压力学性能对养护湿度的依赖性较小,材料存在明显的应变强化现象;②UHPC加固隧道衬砌结构极限承载力由管片接头部位性能控制;③UHPC自身的材料性能得到充分利用,但原隧道管片的材料性能尚未得到充分发挥;④相比未加固结构,初始结构刚度提高1个数量级,结构弹性极限提高了115%,UHPC加固结构承载力和传统的钢板加固相当。     

土工格栅加筋支挡结构物的足尺试验研究

该文论述了原西德联邦道路研究所采用Tensar土工格栅为筋材修建的高３．６Ｍ裹复式足尺试验挡墙，并给出施工过程中的量测结果，包括施加破坏过程中的量测数据，研究了不同理论分析方法的计算结果和试验测值之间的差异。     

斜拉桥索塔新型锚固结构理论分析与模型试验

对于首次采用的钢锚板式索塔锚固区结构形式,依托青岛海湾大桥红岛航道桥为背景进行索塔锚固区足尺模型试验,借助有限元的方法分析了其受力状态,并对模型进行了不同荷载工况的加载,分析了在各级荷载工况下的受力性能,从而判断桥梁结构的承载能力.     

预应力混凝土简支箱梁受力性能足尺模型试验

对一座30m跨径的预应力混凝土简支箱梁进行了足尺模型破坏性试验,根据试验结果对其受力过程、裂缝分布、延性性能等进行分析;用5种相关规范对箱梁抗弯极限承载力及正常使用极限状态下的变形、裂缝进行验算,以此评估规范中相应计算公式的适用性;最后编制程序对箱梁包括卸载过程在内的全过程受力性能进行了参数分析。结果表明:ACI 318M-05,CEB-FIP MC90规范基本能反映箱梁正常使用极限状态下的变形性能;GB 50010—2002,TB 10002.3—2005规范基本能反映预应力混凝土足尺模型箱梁的裂缝特性;预应力筋的配筋率、张拉系数及预应力度对箱梁的延性影响较为明显。     

全体外预应力节段梁桥使用性能足尺模型试验

芜湖长江公路二桥引桥首次采用全体外预应力节段预制拼装连续梁桥,为明确结构使用阶段受力性能,进行足尺模型试验研究。试验以"1跨+1/3跨"结构作为足尺模型试验梁,对跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩及支点最大扭矩工况下主梁变形、关键截面应力及转向块等构件的受力状态进行分析。结果表明:在使用阶段跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩及最大扭转状态下,试验梁各测试断面均未发生开裂,具有良好的抗裂性;结构的应力及变形响应与理论计算值较吻合,处于弹性工作状态且受力状态良好;墩顶横梁及转向块结构使用阶段工作性能良好。     

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。