基于剪切弹性柔量的基-面层间接触状态及路面力学响应分析

为研究半刚性基层与沥青面层的层间接触状态对路面结构力学响应和疲劳寿命的影响,选取典型半刚性基层沥青路面结构,采用Bisar3.0软件中的剪切弹性柔量参数AK作为基-面层层间接触状态的评价指标进行路面结构力学计算,分析不同层间接触状态下沥青路面结构的应力、应变、弯沉等力学指标的变化规律,并计算了层间不同接触状态下路面结构的疲劳寿命.结果显示:剪切弹性柔量可以较好的表征基-面层层间接触状态;弯拉应力和剪应力受基-面层间接触状态的影响较大,当基-面层间接触状态由连续变为滑动时,沥青层底弯拉应力的涨幅为528.25％,沥青层底剪应力的涨幅为157.3％,而弯沉受基-面层间接触状态的影响较小;基-面层间保持连续的接触状态可以提高层间抗剪切能力,延长路面的使用寿命.     

层间接触位置和状态对沥青路面力学指标的影响

为研究沥青路面层间接触位置和接触状态对路面结构内力学指标的影响,选择典型的高速公路半刚性基层路面结构,利用BISAR3.0软件计算分析不同层间接触位置时的路面力学指标,并探讨不同基面层接触状态下沥青路面力学响应和疲劳寿命的变化规律。结果表明:面层与面层、面层与基层、基层与底基层之间在完全光滑时对拉应力、拉应变、剪应力影响显著,弯沉受层间接触位置的影响变化不大;随着基面层间滑动系数的增加,路面结构内的应力、应变逐渐增大,在完全滑动时下面层底的拉应力、剪应力和拉应变分别是完全连续时的2.93倍、2.45倍和69.36倍;在基面层间滑动系数小于0.6时沥青路面的疲劳寿命降幅较小,随后降幅逐渐增大,当基面层间完全光滑时,疲劳寿命较完全连续时下降44.5%。     

层间接触状态对沥青路面结构性能影响分析

为了研究不同接触状态(连续、弱连续、光滑3种状态)对沥青路面结构影响,采用Ansys建立了典型半刚性基层沥青路面结构模型,计算了沥青路面结构在不同接触状态下的力学响应,以及路表弯沉、最大剪应力、层底拉应力、层底拉应变对路面结构的影响。结果表明:随着层间接触从连续转变为光滑状态,路表弯沉迅速增大、相应的层底拉应力也迅速增长,进而使得横向裂缝发生几率急剧增大。因此结构层间接触状态的变化将会引起结构层内应力波动,使得主应力应变向不利方向发展,所以路面层间接触的设计和施工非常重要。     

沥青混凝土温度应力影响因素分析

通过试验路观测沥青道路结构内实际温度值,总结道路结构内实际温度分布情况及变化规律。在此基础上建立低温下沥青混凝土道路热—结构耦合三维有限元模型,分析降温幅度、沥青面层及基层参数对沥青混凝土路面温度应力的影响规律。此外,还考虑了沥青面层与基层间的接触状况对温度应力的影响。结果表明:降温幅度的变化对道路结构内所引起的温度应力产生的影响最大;沥青面层模量及面层温缩系数的变化对结构内的温度应力影响较大;而沥青面层厚度、基层厚度及基层模量的变化对结构内的温度应力影响都有限,当这些参数值发生变化时,温度应力基本保持不变;层间接触状态的变化对路面结构的力学响应有一定的影响,特别是层间接触状态不同的接触界面。     

层间接触状态对半刚性路面的力学响应

针对半刚性基层沥青路面的特点,考虑层间光滑及层间连续两种层间接触条件,运用BISAR3.0程序分析了其对半刚性路面结构中的最大层底水平弯拉应力、水平弯拉应变及层间剪应力因素的变化规律的影响。并用MATLAB软件将各主要力学响应量进行三维化处理,对个影响因素进行了全面的比较和分析。结果表明:当层间接触条件由完全光滑变为完全连续时,半刚性基层沥青路面的力学响应分布发生明显变化。     

不同基一面层间状态下沥青路面结构力学响应分析

基于沥青路面多层弹性层状体系建立力学计算模型,对沥青路面结构的应力和应变等力学响应进行计算和分析,得出力学响应的一般变化规则。结果表明,路表弯沉、面层层底拉应力和面层剪应力等路面力学响应随着路面层间状态的失效而趋于不利的受力状态,层间疲劳应特别关注,层间剪应力在路面设计中可作为控制指标或验算指标,有效减少路面层间病害的发生。     

层间接触条件对半刚性路面力学响应的影响分析

半刚性基层沥青路面为当前沥青路面的主要结构形式之一。以京津塘高速公路改扩建工程为依托,以壳牌设计软件BISAR3．0为计算工具,考虑层间光滑及层间连续两种层间接触条件,并用MATLAB7．0软件将各主要力学响应量进行三维化处理,对半刚性基层沥青路面在不同层间接触条件下的力学响应分布进行了全面的比较和分析。结果表明：当层间接触条件由完全光滑变为完全连续时,半刚性基层沥青路面的力学响应分布发生明显变化;与层问光滑条件下而言,层间连续条件下半刚性路面具有较明显的力学优势。     

复合式基层沥青路面的力学响应分析

采用壳牌路面设计软件Bisar3.0,选取两种常见的复合式基层沥青路面典型结构,考虑层间为完全连续接触,分析了半刚性基层模量变化对于两类复合式基层沥青路面力学响应的影响,同时得出了力学响应在结构内的最不利分布区域。     

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。     

沥青面层层间粘结状况对水损坏的影响分析

假设各路面结构层处在光滑和连续状况下,采用BISAR 3.0程序,计算了8种不同层间粘结状况下沥青路面结构的受力情况,分析不同层间粘结状况对路面结构受力的影响。计算结果表明,只要沥青面层内部存在层间的不连续,会在相应部位产生拉应力和剪应力集中,使得该部位的路面结构受力状况非常恶劣;同时,水分易于进入层间薄弱带,沥青面层内部的储水加上各项应力在此集中加剧了沥青路面水损坏的发展,致使水损坏的路面出现了层间断开的现象。     

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。     

层间接触条件对半刚性路面结构影响的数值分析

半刚性沥青路面的理论计算与实际工作状态不相符，将严重影响沥青路面结构性能的预估。文中考虑不同的层间接触条件，采用拉格朗日有限差分法建立模型进行数值计算分析，分析表明弯沉值和层底应力受层间接触条件的不同而改变，同时层间接触不良导致推移和拥包；进行路面结构设计分析中，层间接触状况对路面结构力学响应有较大的影响，当采用部分接触模型时能更好地反映路面结构的实际工作状态。     

沥青路面在不同层间状态下的受力特征及施工质量优化

针对我国目前在沥青路面设计中论假设沥青路面各结构层之间为完全连续、各向同性的弹性结构与路面的实际情况不符的问题,建立了剪切弹簧模型,并通过定义滑移系数来分析研究不同层间接触状态下对路面力学的影响。研究发现:在层间结合状态由完全结合向完全自由变化过程中,层内拉应力不断变大;当结合状态为完全自由时,下面层层底拉应力最大为0.2921MPa;层内剪应力也不断增大,最大达到226.1k Pa;路面弯沉也不断变大,当层间接触为完全自由达到最大56.32。随着基层模量的增大,相应的层底拉应力不断减小,并从基层模量为1800MPa开始趋于缓和;沥青层内剪应力不断变大,层间结合状态为完全自由时最大达到0.2347MPa;竖向压应力也随之不断变大,层间接触状态为完全连续切基层模量为2200MPa时最大,为0.6712MPa。沥青路面施工时,应严格按照规范对沥青路面的粘结层进行施工,提高沥青路面的层间抗剪强度。     

超载作用下半刚性基层和柔性基层沥青路面结构的力学分析

为了研究对半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面在超载作用下的力学响应,选取2种路面的典型结构,考虑路面结构层完全连续的条件,采用不同的荷载模拟超载情况,利用弹性层状体系计算程序APBI,对2种路面结构进行计算分析.结果表明:在层间接触连续的条件下,柔性路面受荷载作用比较敏感,因此设计柔性路面时,需对超载情况进行充分考虑...     

基于力学分析的隧道复合式路面设计指标

基于ABAQUS三维有限元分析方法,构建了矩形荷载作用下的隧道复合式路面力学分析模型,计算了不同沥青层厚度、沥青层模量、水泥混凝土层厚度、基岩模量、荷载大小以及层间接触状况等参数下的复合式路面结构响应,分析了复合式路面结构组合、材料性质与荷载参数对复合式路面力学特征的影响,提出了隧道复合式路面设计关键控制指标,以期为复合式路面结构设计提供理论依据。     

层间接触状态对温度及荷载应力的影响研究

层间接触状态是影响半刚性基层沥青路面受力特性及损坏状况的重要因素。为分析面层内及面层与基层间设置应力吸收层时,温度及车辆荷载作用下,应力吸收层与结构层间粘结状况对路面结构内应力分布的影响,将应力吸收层模拟为正交各向异性中的横观各向同性材料。研究表明,可以通过设置应力吸收层不同参数而模拟层间不同接触状态;同时温度荷载作用下,设置应力吸收层时,若层间接触状态由连续变为光滑,则沥青面层内温度应力最大值由于新的应力释放方式的出现而减小。交通荷载作用下,当基层-面层间接触状态由连续变为滑动时,面层底面的受力状态由受压变为受拉,因此为减少路面开裂,结构层间应选择合适的接触状态,从而取得二者的平衡。     

层间界面条件变化对半刚性基层沥青路面结构性能的影响

针对半刚性基层排水性能较差的特点,若渗入沥青层的水分不能从基层迅速排走,将会滞留在基层表面,软化基层表面,在车辆荷载的作用下形成泥浆,使沥青层与基层之间的界面条件从连续状态变为滑动状态或者是半连续半滑动状态。本文采用弹性层状体系理论计算分析了层间接触状况发生变化时,路面结构的力学响应及弯沉的变化情况。结果表明：当界面条件从连续状态变为滑动状态的过程中,荷载中心处的面层层底应力逐渐由压应力变为拉应力,路表弯沉逐渐增大,极易引起路面结构开裂破坏。     

长寿命沥青路面沥青层力学分析及其层位划分研究

基于我国沥青路面设计理论及标准,参考国际成功的长寿命沥青路面结构,选取不同的长寿命沥青路面结构与材料参数,如结构层厚度、模量和泊松比等,采用BISAR3.0路面力学计算程序计算不同深度处的力学响应,分析其计算结果。数据分析结果表明,对于长寿命沥青路面结构:其力学响应规律具有普遍性,在综合考虑各种结构层材料性能与厚度条件下,沥青层内0~7 cm为高受力复合区域,是各种损坏最易发生区域;沥青层最大拉应变易出现在沥青层表面和沥青层底面,是产生路表开裂和沥青层底疲劳开裂的主要原因;沥青层合理划分为3层,分别为磨耗层、联结层和下承层,给出了各结构层应满足的力学性能要求及厚度范围。     

考虑沥青路面材料参数空间差异性的解析计算及影响分析

复杂服役环境下沥青路面的材料参数存在明显的空间差异性，具体表现为沿深度的模量梯度分布与非连续层间接触以及横观各向同性，实现其解析计算对现有的沥青路面力学响应分析及结构设计方法具有重要的参考价值。为此，从弹性力学基本方程出发，基于状态空间法，推导了具有指数模量梯度的横观各向同性弹性层状体系通解；在此基础上，基于波传递方法，将状态向量转换为波向量，并结合边界条件和层间条件，建立了考虑沥青路面材料参数差异性的多层路面结构解析解；然后借助MATLAB平台编制了数值计算程序，采用文献对比、BISAR程序以及有限元软件ABAQUS验证了该解析解的精度与效率；最后结合典型数值算例，阐述了该解析解在沥青Top-Down开裂和传统路面疲劳损伤分析中的应用。理论推导和数值计算结果表明：该解析解摆脱了弹性力学问题求解对应力函数的依赖性，并且借助波传播方法，避免了求解中正指数过大对求解精度的影响，并使得边界条件和不同层间接触关系的描述更加便捷；沥青路面材料参数的空间差异性不可忽视，沥青面层连续模量梯度会造成更大的路表拉应力和最大剪应力，进而加剧沥青路面的Top-Down开裂；而横观各向同性和层间接触状态间存在耦合效应，从而会加剧沥青路面的疲劳损伤。     

非均布荷载下层间接触条件对桥面沥青铺装层的力学响应分析

通过三维有限元的计算方法，分析非均布荷载，层间接触条件不同时桥面铺装层内的力学响应差异，结果表明在铺装材料和结构的设计中需要考虑非均布荷载的影响。层间接触条件的变化将导致铺装层内的应力应变的重分布，使沥青铺装层处于极其不利的应力状态。