基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计研究

采基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型,并对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算。采用正交试验设计的方法对路面设计参数进行组合,系统分析了设计参数对路基路面应力响应的影响。结果表明,对于水泥混凝土路面,在路面设计参数中,仅有路基回弹模量对路面板拉应力与面层板厚度对路基应力具有显著影响。因此,可将路面厚度和路基回弹模量设计作为水泥混凝土路面设计重点。基于不同路面板厚度下路基工作区深度,可将交通荷载影响区加深至1．5m。基于不同路面板厚度、路基回弹模量和不同轴载对水泥混凝土路面板疲劳寿命影响规律,在重载交通条件下,应该增加路面厚度和增强路基。考虑经济因素并结合以上分析,建议水泥混凝土路面厚度宜取28—30cm,路基回弹模量宜介于40-80MPa之间。     

基于应力相关回弹模量模型的路面设计研究

基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型。在土基层采用具有应力相关的动态回弹模量Uzan模型,对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算,并根据Uzan模型的参数对路基变形计算的影响进行了讨论,通过与静态回弹模量的对比,揭示不同路基回弹模量模型对路基土应力应变行为的影响。有限元分析结果显示,随着轴重和轴型的增加,路基工作区深度不断扩展,多轴荷载应力的叠加效应在路基深层愈加显著;采用应力相关的回弹模量与线弹性回弹模量相比,路基的竖向位移更大,承担的载荷压应力略小,工作区深度有所增加。     

基于旧路面破碎效果的加铺层结构荷载适应性研究

为了探索旧水泥混凝土板破碎后的模量变异性对路面加铺结构承载力的影响规律,构建了路面加铺层结构及水泥混凝土路面破碎层和基层的有限元数值模型,分析了旧水泥路面不同破碎效果下加铺层结构路面弯沉、层底拉应力和面层最大剪应力的变化规律。结果表明:破碎混凝土板顶面回弹模量大于250MPa时加铺层厚度可适当减小,破碎混凝土板顶面回弹模量在170～250MPa之间时应增大加铺层厚度,破碎混凝土板顶面回弹模量小于170 MPa时应增加基层厚度,提高加铺层承载力。     

路基回弹模量对沥青路面结构受力的影响

针对不同的路基回弹模量,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了路表弯沉、面层内剪应力与压应力、基层底拉应力等沥青路面结构受力参数伴随路基回弹模量变化的趋势。分析结果表明:路基回弹模量对路表弯沉和基层底拉应力影响比较大,对面层剪应力和压应力影响较小,较高的路基回弹模量可有效提高路面的结构承载力和疲劳寿命,改善路面使用性能。     

水泥稳定土路床对路面结构的影响分析

依托某在建高速公路典型路段水泥稳定土路床,通过现场检测和理论计算,分析路床采用水泥稳定处治后对路基回弹模量和路基路面结构性能的影响。结果表明:路床采用水泥稳定处治后,路基顶面弯沉代表值在80～100（0.01 mm）范围,随着路基模量的逐渐增加,沥青混合料层层底最大拉应变增大,基层和底基层的层底最大拉应力减小,路面结构的疲劳寿命增加。建议水泥稳定土路床路基回弹模量取值范围为120～180 MPa。     

基于路基动态回弹模量的水泥混凝土路面动力响应分析

路基回弹模量是路面结构设计的重要参数。为切实体现路基土回弹模量的应力相关性,克服简化的线弹性当量回弹模量带来的偏差,研究采用综合考虑体应力和八面体剪应力影响的动态回弹模量模型。基于广义胡克定律,从理论上严格推导了该动态回弹模量模型在三维应力状态下的精确一致切线刚度矩阵。通过编写用户自定义材料子程序(UMAT)将动态回弹模量模型移植到ABAQUS中,成功实现了应用动态回弹模量进行结构分析的目标。通过建立应用动态回弹模量本构模型的典型水泥混凝土路基路面结构三维有限元模型,全面研究了载荷对路基路面动力响应的影响,分析了不同行车速度、不同轴重和轴型下路基路面变形特征和应力分布规律。同时确定了车轮与路面共振时的行车速度和重载交通条件下路基工作区深度,研究成果为实际的路基路面设计提供了参考。     

路基回弹模量衰减对路面结构性能的影响研究

基于中国现行公路路面结构设计原理,选用路基回弹模量作为路基性能表征指标,通过改变路基回弹模量的大小,计算标准轴载作用下典型沥青路面结构及水泥砼路面结构层底拉应力与疲劳寿命。研究表明,沥青路面及水泥砼路面结构层底拉应力与路基回弹模量具有良好的对数函数关系,而路面结构疲劳寿命与路基回弹模量具有良好的二次函数关系;随着路基回弹模量的降低,路面结构层底拉应力快速增加,而疲劳寿命急剧衰减;为确保路面结构能达到设计标准轴载作用次数,必须确保路基具有足够高的回弹模量。     

提高水泥混凝土路面结构承载能力的机理研究

针对多数水泥混凝土路面无法实现设计使用寿命,易发生早期破坏的现状,文章运用力学原理和有限元方法分析了水泥混凝土路面板弹性模量、路面板厚度以及路面基层顶面当量回弹模量对路面板中应力和应力变化率的影响。分析结果认为,由于路面板与基层材料间刚度的巨大差异,增加路面基层顶面当量回弹模量并不能有效降低路面板中的应力水平。在此基础上,本研究还进行了增强基础与增加板厚的经济效果比较。研究结果指出,就降低荷载引起的板中应力而言,适当增加板厚比增强基础效果更加显著,经济效果更加明显。这些研究成果对于设计长寿命、高承载能力水泥混凝土路面具有重要指导意义。     

路基刚度对复合式路面结构内力影响分析

为了考查以路基顶面的当量回弹模量为表征的路基刚度对旧水泥混凝土加铺沥青层结构内力的影响规律,以徐州G104实体改造工程为分析对象,利用通用有限元分析软件ANSYS进行了计算。结果表明:加铺层内最大剪应力、加铺层底最大主应力及等效应力、混凝土板最大主应力和板边平均弯沉值随基础模量的增加显著减小,其中板边平均弯沉值减小幅度高达68%。     

路基土回弹模量湿度调整系数研究

路基回弹模量MR是公路沥青混凝土路面结构设计中唯一表征路基特性的力学指标,因此准确确定路基土的回弹模量是沥青路面设计中关键之一.通过对新疆地区常用路基土的室内静载承载板试验测试,分析含水量和压实度对回弹模量的影响规律,结果表明:含水量对回弹模量的影响非常大,而压实度同样是个重要因素;综合分析国内外关于回弹模量受湿度和土质类型影响的研究方法,确定以调整系数Fs为指标参数表征湿度对回弹模量的影响,计算得到适应新疆常用路基土的回归参数和调整系数.根据Fs和标准状态下的Eo确定路基土在任一状态下的回弹模量,并建议将路基回弹模量设计值肘MRopt修正为平衡含水量下的回弹模量MRequ,为相关规范的修订和后续公路建设提供理论支持.     

含水量对季冻区路基强度及路面结构力学响应的影响

对季冻区路基路面的力学性能进行相关研究。测试不同深度位置处路基土体的含水量,并对路基土体回弹模量的影响因素进行试验分析,探讨了不同路基含水量下的路面结构力学响应情况。结果表明:冻融循环明显降低土体的强度,但到第6次冻融循环后,土体的强度基本趋于平稳;随着含水量的增加,土体强度减小的趋势逐渐变缓,因此,冻融循环作用对较为干燥状态土体的影响是较大的;路表弯沉、半刚性基层层底拉应力和土基顶压应变与路基含水量及轴载呈正相关关系,其中与轴载近似呈线性关系。沥青层层底拉应变远远低于疲劳极限,因此发生疲劳损伤的概率很小;随着轴载的增加,半刚性基层疲劳寿命逐渐减小,趋势逐渐变缓,含水量增加时半刚性基层疲劳寿命有类似的变化规律,因此为降低半刚性基层发生疲劳破坏的概率,需严格控制土基的含水量及行车荷载。     

循环荷载下压实粉土的回弹模量试验研究

通过动三轴试验,分析了循环加载的偏应力幅值、试样的含水量和压实度对路基粉土的动态回弹模量影响规律,并以动偏应力和土体的物理状态参量建立了压实粉土的回弹模量预估方程。研究表明,压实粉土的回弹模量随动偏应力增加逐渐降低,对于变形强化试样存在一个"临界回弹模量",但对于破坏试样回弹模量则一直减小;压实粉土的回弹模量随含水量增加而降低,且当压实度越低、含水量越接近于饱和、而动应力水平又越高时,降低速率越快;粉土的回弹模量随压实度提高而增大。依据试验回归得到的压实粉土回弹模量预估模型,与试验结果相比拟合效果较好,可为路基模量设计值的取用与路面结构力学响应的计算提供依据。     

路基回弹模量季节变化规律研究

基于试验路段路基回弹模量与含水量、回弹弯沉的试验分析,建立路基回弹模量与含水量、回弹弯沉之间的相关关系。采用水分传感器跟踪观测路基含水量,研究路基工作状态下含水量及回弹模量的季节变化规律,提出路基回弹模量季节变化关系的建立方法,基于此方法建立的关系式可用于路基回弹模量设计取值参考,并可用于路基路面回弹弯沉验收时验收标准修正系数的确定。     

水泥混凝土加铺层贫混凝土基层荷载应力分析

为了分析贫混凝土基层水泥混凝土路面结构的基层和新铺水泥混凝土板的应力情况,以清远~连州一级公路为依托,通过三维有限元分析方法,分析了贫混凝土基层模量、贫混凝土基层厚度、原路面作底基层后的等效厚度和模量以及荷载大小等对新水泥混凝土板和贫混凝土基层板荷载应力的影响。路面结构计算与分析表明:随贫混凝土基层模量的增加,贫混凝土基层板底拉应力逐渐增大,新板板底拉应力逐渐减小;贫混凝土板厚变化在允许的范围内,并不影响按平均板厚计算得到的荷载应力值,设计时可按照平均厚度计算;底基层等效厚度和模量的变化对新加铺水泥混凝土板底部拉应力的影响不显著;荷载的增加是造成荷载应力增加的重要因素,故必须严格控制超载现象。     

北京地区长寿命路面土基施工控制方法研究

为研究北京地区长寿命路面土基施工控制方法,实现路基永久的目标,本文选取部分路段进行试验,土基施工采用了蓝派冲击压实技术,同时采用了水泥改善土。施工过程中通过贝克曼梁法测定路基弯沉,换算成回弹模量,详细分析了每层施工后路基回弹模量的变化。通过分析认为冲击压实后加铺水泥碎石土改善层大大提高了路基回弹模量,可在以后的施工中推广应用。     

脱空耦合下水泥混凝土路面疲劳寿命影响因素分析

基于ANSYS建立板底脱空的水泥混凝土路面力学模型,计算其在不同因素影响下的最大弯拉应力,分析其应力变化规律。然后,再利用公式计算板底脱空水泥混凝土路面不同因素下的疲劳寿命,分析其变化趋势,为水泥混凝土路面板设计及后期维护提出依据。最后,再结合疲劳寿命计算结果,利用层次分析法确定板底脱空状态下影响其疲劳寿命的各个主影响因素所占权重。结果表明:脱空半径对其影响最大,权重占0.483,且脱空半径达到400mm时,随着其他各因素的不利发展,疲劳寿命趋于稳定;温度梯度影响下,各脱空半径影响下的弯拉应力变化规律整体一致;面层模量对疲劳寿命影响相对较小,仅占0.114;面层厚度为300mm时,水泥混凝土路面性价比较高。     

水泥混凝土路面典型结构土基设计参数的研究

土基回弹模量是水泥混凝土路面结构设计的基础参数,受土质、含水量、压实度和测试方法等影响。通过现场试验确定了研究区水泥混凝土路面典型结构土基回弹模量、压实度和稠度的回归关系式,并确定了用于制定典型结构的土基回弹模量的等级划分。     

不同湿度粘性路基土动态回弹预估研究

研究以滤纸法测量了粘性路基土基质吸力,获得了土水特性曲线。通过动三轴试验,研究了不同含水量下粘性路基土动态回弹模量,并于试验后以滤纸法测量土样的基质吸力,并探讨了粘性路基土动态回弹模量与基质吸力的关系。研究表明,粘性路基土动态回弹模量随循环偏应力和含水量的增大而减小,随基质吸力的增大而增大。鉴于动态回弹模量是偏应力和体应力的函数,在现有偏应力和体应力为变量的三参数复合模型基础上引人基质吸力的影响,进而提出综合反映湿度和应力状态的动态回弹模量预估模型。通过对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系,证明所选综合考虑应力和湿度影响的模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立,不仅为南方多雨地区评价路基土在环境和交通荷载作用下长期性能提供了依据,也为基于动力学的路面结构设计提供了参数。     

装配式基层道路结构接缝荷载应力分析

为研究装配式基层路面结构基层接缝的应力情况,通过三维有限元分析方法,分析了装配式基层模量、基层厚度、荷载大小、土基回弹模量和层间接触条件等对装配式基层接缝底部荷载应力的影响。路面结构计算与分析表明:混凝土模量较填缝砂浆模量对结构影响大,不但能减小幅度大于前者的接缝弯沉,而且能从一定程度上增强接缝的传荷能力,基层模量的下降可以有效地减小荷载应力;随基层厚度和土基回弹模量的增加,接缝两侧弯沉值和底部荷载应力显著减小但逐渐趋于平缓,传荷能力增加;接缝弯沉和底部荷载应力在超载下均是呈线性关系显著增长,需严格限制超载重载;接触条件的恶化,接缝弯沉值和底部荷载应力基本增大,由连续状态变为非连续状态变化特别显著。     

含半柔性水泥乳化沥青加铺层的路面结构承载力和疲劳寿命研究

在对比分析国内外旧水泥混凝土路面加铺补强结构形式的基础上,分析了半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层、旧水泥混凝土路面对不同路面结构承载力、疲劳寿命的影响。计算结果表明:在旧水泥混凝土路面破损不是很严重的情况下,两种路面结构的半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层均满足路面结构承载力和疲劳寿命指标要求,但考虑综合受力和建造成本因素,宜优先选用结构A,即加铺一层半柔性水泥乳化沥青混合料层和一层沥青混合料面层;当旧路面当量回弹模量相同时,增加沥青层厚度可有效减少各结构层层底拉应力,但在满足承载力和疲劳性能的前提下,并不是沥青层越厚越好。