柔性基层和半刚性基层沥青路面有限元对比分析

通过级配碎石承载板试验建立级配碎石基层材料的非线性承载力本构模型公式,利用ANSYS通用有限元软件建立柔性基层沥青路面典型结构平面模型。对粒料基层沥青路面和半刚性基层沥青路面结构受力进行分析,包括柔性基层沥青路面在不同受力条件下应力、应变的传播规律以及与半刚性基层沥青路面之间的应力、应变传播差异。     

基于时间硬化蠕变模型的组合式基层沥青路面结构车辙分析

为了研究组合式基层沥青路面的车辙性能,借助ABAQUS的时间硬化蠕变模型,计算了在连续变温条件下3种不同形式的组合式基层沥青路面结构的温度场和车辙深度。结果表明:通过ABAQUS定义热学参数,接入太阳辐射和路表热对流子程序,能较好地模拟沥青路面结构的温度梯度变化;随着路面深度增加,温度波动滞后时间逐渐增加,路面结构的平均温度在16:00达到最大值;竖向变形最大值位于路表面双轮轮隙中心,横向变形最大值位于中面层中部,由于中面层的横向迁移,在轮迹带两侧产生了隆起变形;通过合理的结构设计,厚式沥青层组合基层结构不会出现严重的车辙现象;ATB下面层、级配碎石上基层和水泥稳定碎石底基层的组合式基层沥青路面结构,其车辙深度最小,且能改善路面内部排水,延缓反射裂缝的产生。     

4类不同基层沥青路面长期性能研究

基于江苏沿江某高速公路长期性能跟踪观测和检测成果,从路面结构性能、破损状况以及车辙状况等方面对组合式基层、刚性基层、半刚性基层和柔性基层沥青路面长期使用性能进行综合比选分析。研究结果表明,4类不同基层沥青路面弯沉整体状况、裂缝度、车辙深度由大到小分别为:组合式(设置级配碎石过渡层)柔性半刚性组合式(未设置级配碎石过渡层)刚性;组合式(未设置级配碎石过渡层)刚性半刚性柔性≈组合式(设置级配碎石过渡层);组合式(未设置和设置级配碎石过渡层)≈柔性半刚性刚性。采用半刚性基层沥青路面各方面性能指标比较均衡,综合性能优良;采用其他类型基层的沥青路面由于其特殊的性能指标,也有着广泛的应用范围,但仍需进一步进行研究。     

沥青路面车辙主要影响因素综述

分析了沥青路面车辙影响因素相关试验数据和理论成果,指出配合比、结构组合及蠕变是沥青路面车辙的主要影响因素,得出比例均匀合理的骨料级配及合适的沥青用量、设计面层各层模量相当的路面结构与减小蠕变变形等方法可以有效控制和减少车辙现象产生的结论;此外,添加抗车辙剂和设置层位格栅等外部技术手段,既可提高沥青路面性能,亦有利于减小车辙效应。     

高抗剪强度级配碎石基层沥青路面加速加载试验研究

半刚性基层存在的一些缺陷和不足,致使沥青路面容易出现早期破环,柔性基层虽然可以有效的弥补半刚性基层的缺陷,但级配碎石强度和稳定性较差,为了提高其抗剪强度,通过对原材、级配、试验方法、设计指标、加纤维等环节的优化改进,形成高抗剪强度级配碎石,并利用足尺加速加载试验对其进行性能研究,结果表明高抗剪强度级配碎石基层的抗车辙性能及路面承载力较好。     

级配碎石柔性基层沥青路面试验路研究

通过试验路观测的方法,对级配碎石柔性基层沥青路面进行了研究,分析了级配碎石柔性基层的路用性能和性能主要影响因素,给出了级配碎石基层结构设计、合理层厚、最佳级配以及原材料控制等关键影响因素的相关建议。研究结果表明级配碎石柔性基层能有效减缓半刚性基层沥青路面的常见病害,且其强度满足使用要求;当其用于旧路加铺时可直接摊铺而不必采用倒装结构,但应控制其最小厚度不小于15cm、最大粒径和4.75mm、0.075mm通过率在建议范围内;还应控制石料压碎值、针片状含量和塑性指数满足要求,且碎石宜由4档以上矿料掺配而成。     

碎石基层沥青路面性能非线性分析

针对现行沥青路面设计规范中关于碎石基层路面结构设计方法的不足和广西路网工程碎石基层工程应用中的质量问题,开展碎石基层材料非线性回弹模量及其对沥青路面结构性能影响的研究。设计了3种级配的级配碎石,通过动三轴试验,测得了不同应力状态下碎石材料的动回弹模量,并建立非线弹性动回弹模量模型,回归得到有关的模型参数;在此基础上,针对广西路网工程试验路铺筑的柔性基层、组合式基层和半刚性基层等4种沥青路面结构,通过非线性有限元计算,根据路表弯沉等效原理,确定了不同基层组合沥青路面结构中不同级配碎石基层的等效回弹模量;通过有限元计算,对比分析了不同级配碎石基层沥青路面结构的剪应力,提出了不同基层类型时沥青路面结构可能的破坏形式,即采用柔性基层时应控制沥青面层底部弯拉开裂和柔性基层自身剪切滑移破坏,采用组合式基层时应控制沥青面层剪切开裂破坏。     

基于温度场的混合式基层沥青路面结构车辙数值模拟分析

为了研究基于温度场的混合式基层沥青路面结构的车辙性能,以广西地区气候特征为例,针对混合式基层沥青路面结构特点和现有研究的不足,运用有限元方法,借助ABAQUS计算了4种不同组合的路面结构的温度梯度分布和车辙深度。结果表明:采用连续变温的沥青路面车辙模拟分析方法更符合实际情况;通过合理的结构设计,混合式基层的抗车辙性能比半刚性基层沥青路面更优越;以水稳为底基层,级配碎石为过渡层及大粒径沥青碎石混合料作下面层的混合式基层沥青路面结构,不仅有利于减少路面裂缝的产生,改善沥青路面的内部排水,而且不会因其剪切破坏而产生更严重的车辙;沥青路面中面层是车辙变形的主要层面,厚式沥青路面结构的抗车辙性能欠佳,但通过合理的结构设计,也不会出现过于严重的车辙现象。     

级配再生沥青混合料基层与级配碎石基层路面结构力学对比分析

在标准轴载作用下,运用ANSYS软件对路面结构进行了数值模拟,分析了以级配再生RAP混合料作为柔性基层的路面结构与以相同级配的级配碎石作为柔性基层的路面结构的应力及位移情况。通过对比得出,以级配再生RAP(Recycled Asphalt Pavement)混合料作为柔性基层的路面结构比相同级配的级配碎石作为柔性基层的路面结构,可以减小最大位移,减小最大剪应力,而最大竖向应力变化不大,这对于延长路面使用年限,有很大的提高。     

不同沥青路面结构温度场研究

借助有限元软件ABAQUS对浙江杭千高速桐庐试验段组合式沥青路面结构进行温度场分析,并与现场路面实测温度场进行对比,发现采用有限元数值方法模拟沥青路面结构温度场是可行的.对选定的3种不同基层沥青路面结构,包括常规半刚性基层沥青路面结构、采用沥青稳定碎石和级配碎石的柔性基层沥青路面结构以及柔性基层与半刚性基层相结合的组合式基层沥青路面结构进行了温度场的对比分析.     

基于高温条件的级配碎石柔性基层结构响应三维有限元数值分析

采用三维有限元对高温条件下的几种以级配碎石为基层的柔性和半柔性基层沥青路面结构进行数值模拟分析,分析表明:级配碎石基层顶面的最大压应力与底基层模量之间呈幂函数关系,级配碎石基层顶面的最大压应力随底基层模量的增加而单调增加;当沥青面层较薄时,级配碎石基层顶面最大压应变与底基层模量之间呈正相关性;当沥青面层较厚时,级配碎石基层顶面最大压应变随底基层模量的增加先减小后增加,存在一个压应变极小值;与底基层模量相比,沥青面层的厚度变化对级配碎石基层顶面最大压应力和压应变的影响大得多。     

基于性能的级配碎石混合料设计指标

为提高高速公路用级配碎石基层的混合料质量,需要建立基于性能的级配碎石混合料设计指标。利用BISAR程序计算了福建典型结构级配碎石的最大应力、最大剪应力值,同时预估了100 kN标准荷载作用2 000万次下级配碎石变形量占结构总变形量的百分比;然后选择12种级配碎石混合料测定了动态三轴试验的回弹模量、变形率和静态三轴试验的剪切强度;最后分析提出了基于性能的级配碎石混合料设计指标,用于指导福建省级配碎石混合料设计。结果表明:⑴级配碎石需要足够的模量来保证承载能力,同时在沥青路面结构中该混合料可能会产生压缩永久变形或剪切破坏,因此其混合料需要具有一定的抗永久变形能力和较高的剪切强度;(2)可以取回弹模量300 MPa作为级配碎石混合料承载能力的性能指标;(3)福建省典型结构中级配碎石基层最大剪应力为332.8 kPa,最大主应力为396 kPa,考虑1.2倍保证系数,可以取静态三轴试验的剪切强度395 kPa作为级配碎石混合料的抗剪设计指标;(4)按照级配碎石基层永久变形量占结构总变形率不大于13%考虑,可以取动态三轴试验的20 000次和50 000次的变形率不大于10~(-8)作为级配碎石混合料抗永久变形设计指标。     

沥青稳定基层混合料抗变形能力试验研究

在分析含沥青稳定基层结构的全厚式沥青路面温度特性基础上,得出沥青基层混合料性能试验的合理温度,结合蠕变试验,分析了温度和级配对沥青基层混合料抗永久变形能力的影响,结果表明骨架密实级配比连续级配抗永久变形能力强.     

组合式沥青路面结构特性研究

在半刚性底基层上铺设级配碎石作为基层,形成级配碎石柔性基层和半刚性底基层组成的组合式路面结构,以解决半刚性路面排水不良、反射裂缝等问题。分析研究了这种组合式沥青路面的结构性能,并通过试验路的实践证明该组合式结构具有优良的路用性能。     

微粘结级配碎石基层的性能分析

级配碎石柔性基层存在回弹模量小及永久变形大的缺陷,容易导致面层的网裂和过大的车辙;水泥稳定碎石半刚性基层存在干缩温缩大的缺陷,容易导致路面产生反射裂缝.从解决二者的缺陷入手,提出采用微粘结级配碎石作为路面的基层,通过室内试验确定不同水泥剂量的微粘结级配碎石材料的CBR值和无侧限抗压强度,以此分析合理的水泥剂量.结果表明...     

沥青稳定基层混合料抗变形能力试验研究

在分析含沥青稳定基层结构的全厚式沥青路面温度特性基础上，得出沥青基层混合料性能试验的合理温度，结合蠕变试验，分析了温度和级配对沥青基层混合料抗永久变形能力的影响，结果表明骨架密实级配比连续级配抗永久变形能力强。     

级配碎石过渡层沥青路面结构设计方法研究

基于级配碎石过渡层沥青路面结构典型病害——车辙和疲劳开裂,确定控制级配碎石过渡层沥青路面4个设计指标:沥青层底弯拉应变、级配碎石层顶面竖向剪切应力、半刚性基层层底弯拉应力与路基顶面竖向压应变,给出推荐容许值和路面结构设计流程图;在不同土基强度和交通量分级下,给出级配碎石过渡层沥青路面的合理结构。     

结构参数对倒装式沥青路面力学响应影响分析

采用Bisar软件建立路面结构计算弹性层状体系模型,通过改变级配碎石（水稳）基层的厚度和模量,对倒装式沥青路面力学响应进行分析,揭示了级配碎石（水稳）基层的厚度和模量变化对沥青路面弯沉、沥青面层层底拉应力和水稳基层层底拉应力等路面力学响应的影响规律;结合正交试验,提出在基层结构参数中沥青路面弯沉主要受级配碎石基层模量和水稳基层厚度的影响,沥青面层层底拉应力基本不受基层厚度和模量的影响,因而应考虑面层与基层间的粘结情况,水稳基层层底拉应力主要受水稳基层厚度的影响。     

级配碎石基层在高速公路上的应用研究

该文分析了半刚性基层和级配碎石的优缺点,设计了半刚性下基层、级配碎石上基层的沥青路面结构。通过室内试验,确定级配碎石混合料的级配,最大干密度为2.278g/cm3、最佳含水量是5.0%。通过铺筑试验路,现场级配碎石基层的回弹模量在400 MPa以上,且具有较好的排水性能。通车3年后的调查结果表明:半刚性下基层、级配碎石上基层沥青路面具有优良的抗裂性能。     

复合式基层沥青路面结构力学性能分析

为研究复合式基层沥青路面结构力学性能,使得该结构在设计时能更加合理,以内蒙古为例,利用ANSYS有限元分析软件对复合式基层沥青路面结构建立三维有限元模型,分析不同结构参数下路面结构力学指标的变化规律,为复合式基层沥青路面结构设计提供一些建议。研究结果表明:级配碎石层模量每增加100MPa,级配碎石层剪应力增加8.01%,半刚性基层拉应力减少13.78%;本文建议在进行复合式基层沥青路面结构设计时,半刚性基层厚度应大于25cm,级配碎石层模量宜为500MPa。