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。     

车辙预估模型研究

论文旨在依托汉堡车辙试验建立起高精度的车辙预估模型。对6种混合料进行不同温度与轮载压力下的汉堡车辙试验,以及标准条件下的抗剪强度试验,借助ABAQUS软件计算汉堡车辙试件的最大剪应力;以6种沥青混合料的汉堡车辙深度、试验温度、最大剪应力、抗剪强度和加载次数作为基础参数,通过多元拟合分析,建立起基准速度为66km/h的简化车辙预估模型;基于沥青混合料的时间硬化蠕变模型,理论推导行车速度与路面车辙的关系,将简化的车辙预估模型经速度修正后得到最终的车辙预估模型。研究结果表明,温度对沥青混合料永久变形的影响很大,当其他条件相同时,70℃的车辙深度约为50℃的4.5倍;轮载压力是影响混合料永久变形的另一敏感因素,当其他条件相同时,0.7 MPa的车辙深度约为0.5 MPa的1.7倍;混合料永久变形与加载次数呈非线性关系;所建立的车辙预估模型中的各个变量对方程均有显著意义,实测值与预估值具有很高的拟合度,说明该模型是可接受的,且可预估任意行车速度下的路面车辙。     

新疆地区沥青混合料动稳定度标准研究

针对新疆地区独特的自然环境和交通特性,以该地区普遍采用的AC型沥青混合料为对象,通过分析车辙影响因素,充分考虑路面温度、交通轴次、结构层剪应力等综合作用,借助室内车辙试验、ABAQUS有限元分析和ALF(Accelerated Load Facility)加速加载试验构建了沥青混合料车辙预估模型。在此基础上,根据新疆地区环境特点和交通特性,确定了新疆地区车辙预估模型参数,实现了新疆地区不同分区的车辙预估,进而结合车辙深度与动稳定度关系模型,提出了用以评价新疆地区沥青混合料高温稳定性的动稳定度标准。该标准可供新疆地区沥青路面设计与施工参考。     

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.     

基于三维黏弹有限元法的沥青路面结构力学响应分析

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究。采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应。利用有限元分析软件ABAQUS,建立了基于实测参数的典型半刚性基层沥青路面三维黏弹有限元仿真模型,分析路面结构在不同加载位置下的力学响应,并与加速加载实测结果对比,验证模型的可行性;同时,对路面结构内部的力学响应规律进行分析。结果表明:所建立的仿真模型能较合理地模拟路面结构内部力学响应;沥青混合料黏弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点。对于沥青层,中面层和下面层上部剪应力和剪应变较大,为车辙发生的薄弱部位;对于沥青层底、水泥稳定碎石层底,控制疲劳开裂的力学响应为水平纵向拉应力和拉应变。     

全厚度车辙试验与足尺加速加载试验相关性研究

采用数值模拟的方法,建立了全厚度车辙试验和足尺加速加载试验的仿真模型。在此基础上,对全厚度车辙试验与足尺加速加载试验之间的相关性进行了研究,结果表明:(1)相同荷载大小、作用时间时,足尺加速加载试验的路面路结构车辙与全厚度车辙试验仿真结果的曲线趋势基本一致;(2)足尺加速加载试验路面结构竖向位移比全厚度车辙试验的竖向位移偏大,两者比值接近一条水平直线,表明足尺加速加载试验与全厚度车辙试验结果之间具有线性相关性;(3)基于全厚度车辙试验与足尺加速加载试验之间的线性相关性,可望利用全厚度车辙试验建立高精度的车辙预估模型。     

沥青路面温度场的预估模型

柔性路面沥青层的温度场预估模型对沥青路面的抗裂性能和开裂预估有着重要作用。为了得到一个利用无穷级数形式表示且易于实现的解析模型,该文采用了统计分析模型在实测路面温度数据的基础上快速预测了沥青路面的温度场。并在夏季和冬季同样的天气条件下测得现场温度数据,在柔性路面沥青混凝土层内进行了模型验证。现场测得的温度数据表明:该预估模型可以很容易地应用于协助现场工程师根据测量的路面温度数据快速估算沥青路面的温度场。     

基于MEPDG的柔性基层沥青路面车辙预估模型地方修正系数研究

为了研究确定AASHTO 2002力学经验设计方法 (Mechanistic Empirical Pavement Design Guide,MEPDG)车辙预估模型的地方修正系数,依托沪宁高速公路扩建工程柔性基层沥青路面路段进行车辙预测和预测模型修正。对交通轴载谱、气候输入参数进行了实际统计分析,对沥青混合料的动态回弹模量进行实测,均按照水平1输入,其他道路结构参数采用水平2或水平3输入,并进行了车辙预测。对沪宁高速公路无锡段2007年~2013年的车辙检测数据进行统计分析。利用沪宁方向柔性基层路面实测车辙,采用规划求解方法对MEPDG车辙预估模型进行了修正,得到了地区修正系数和修正后的车辙预估模型,并采用宁沪方向有效实测车辙数据对修正后的预估模型进行了验证。结果表明得到的预测数据与实测数据之间的拟合性较高。     

沥青路面车辙预估模型验证研究

为准确预估车辙量,有效指导沥青路面结构材料设计,在充分调研山西省3条典型沥青路面车辙数据的基础上,对由同济大学提出的经验分析法车辙预估模型进行验证,并对该预估模型涉及的车辙影响因素进行敏感性分析。结果表明：预估模型得到的面层各亚层车辙预估值与实测值相差较大,但预估得到的沥青路面车辙总变形与实测值较为接近,祁临高速公路偏差15.8%,离军高速公路偏差仅为9.0%;车辙影响因素敏感性分析结果表明,路面温度对于车辙变形的影响最为显著。     

移动轴载作用下路面沥青层动态响应模量主曲线研究

路面沥青混合料层的模量是路面设计的必要参数之一,为定量分析现场沥青层的实际模量特性,提出了一种由现场实测应变数据出发,确定沥青层动态响应模量主曲线的方法,实现了对沥青层现场动态特性的精准表达。首先,实测了柔性基层、半刚性基层2类典型沥青路面不同温度及轴载移动速度下的沥青层动态应变响应;其次,以实测应变波形为基础,分析了不同加载工况下的现场沥青层加载频率特征;最后,基于实测应变值,利用有限元模型反演得到沥青层的动态响应模量,结合沥青层加载频率,建立了沥青层动态响应模量主曲线,并进一步对该主曲线的可靠性进行了验证。研究结果表明：沥青层内部加载频率与轴载移动速度呈正比,且与温度正相关;沥青层现场动态响应模量值随温度升高显著减小,随轴载移动速度增大而增大;结合加载频率及响应模量反演结果,可利用Sigmoidal模型很好地拟合得到沥青层响应模量主曲线;验证结果表明,该主曲线可较为准确地预估其他温度及轴载移动速度下的沥青层响应模量值。所提出的确定沥青层动态响应模量主曲线的方法可为其他试验路应变实测数据的处理提供参考。     

基于连续加载试验的PAC排水路面车辙变形研究

为研究排水沥青路面车辙变形规律,通过室内连续加载试验,分析排水沥青路面混合料的车辙变形以及路面整体结构的车辙变形。同时采用有限元模拟沥青路面高温车辙变形情况,分析多孔沥青路面上、中和下面层车辙发展规律,并结合试验段,采用路面全厚度结构连续加载试验进行排水沥青路面整体结构车辙变形试验验证。     

基于探地雷达结构层厚度测量的钢桥沥青路面车辙评价

高温车辙是钢桥沥青路面的主要病害之一，可使用钻芯进行室内试验和现场测试表征；但钻芯取样采集的路面信息极其有限，现场车辙尺和激光剖面仪无法评价由于铺装层内部变形导致的车辙。基于探地雷达的沥青路面结构层厚度测量可进行车辙评价，但车辙导致的层间压缩会因有限的信号分辨率产生测量误差。钢桥面板的金属强反射和天线制式等影响因素尚未得到系统研究，缺乏控制试验验证。探讨了探地雷达在钢桥沥青路面车辙评价的可行性。基于室内加速加载试验条件建立沥青路面和空气耦合天线的数值模型，结果表明2 GHz空气耦合天线净空不超过50 cm可获得最佳测量速度和精度。采集室内加速加载设备不同荷载作用次数下的路面探地雷达电磁波信号，比较数值模拟探地雷达信号与室内实测信号，分析空气耦合天线探地雷达在钢桥面沥青路面反射信号中的特征。针对层间信号重叠，提出了信号重构和自动化厚度测量的非线性梯度下降算法；针对路面不平整度导致的振动效应，使用经验模式分解法进行信号降噪，钻芯取样验证算法的厚度测量精度。结果表明：在室内试验条件下，车辙宽度预测误差为4.9%,SMA层和MA层平均厚度预测误差分别为2.3%和3.8%,上面层SMA层变形大于...     

基于ABAQUS模拟的TOR橡胶沥青路面应力响应分析

借助大型有限元软件Abaqus建立沥青路面结构模型,根据室内试验所得数据确定材料的参数,选取适合TOR橡胶沥青的路面结构,分析在标准荷载作用下路面各层层底的应力值以及路表弯沉值与路表剪应力值,并与SBS改性沥青路面结构进行对比,得出沥青面层所受拉应力值随着上面层模量的增大而增大,SBS改性沥青路面结构路表的弯沉值要小于TOR橡胶沥青路面结构路表弯沉值,SBS改性沥青路面结构的剪应力值要大于TOR橡胶沥青路面结构的剪应力,SBS改性沥青路面结构抵抗车辙变形的能力不如TOR橡胶沥青路面结构,并通过铺筑试验路,埋设了传感器,实测路面层底应力值,验证了模型的可靠性.     

基于远程监测的车辙等效温度预估模型建立

针对沥青路面车辙等效温度预估模型建立过程中,路面温度预估模型无法快速准确地测定不同时刻各深度结构层的实时温度数据和计算过程复杂等问题,通过埋设温度传感器,连接实时温度监测系统,采集不同时刻各深度结构层的实时温度。同时通过自行开发的计算程序,建立车辙等效温度预估模型。研究结果表明,远程监测系统可即时建立车辙等效温度预估模型,为公路养护的及时性和制定长周期养护规划提供可靠基础。     

基于远程监测的车辙等效温度预估模型建立

针对沥青路面车辙等效温度预估模型建立过程中,路面温度预估模型无法快速准确地测定不同时刻各深度结构层的实时温度数据和计算过程复杂等问题,通过埋设温度传感器,连接实时温度监测系统,采集不同时刻各深度结构层的实时温度。同时通过自行开发的计算程序,建立车辙等效温度预估模型。研究结果表明,远程监测系统可即时建立车辙等效温度预估模型,为公路养护的及时性和制定长周期养护规划提供可靠基础。     

重复荷载下粉性路基土永久变形特性和预估模型

以动三轴试验模拟行车荷载下沥青路面路基土长期受力状态,测试加载104次粉性路基土在3种含水量、2种压实度和3种偏应力条件下的永久塑性应变曲线,量化其对路基永久变形的影响程度。大量调研和试验数据拟合分析表明Tseng-Lytton本构模型可预估粉性路基土累计永久应变。利用上述试验结果进一步回归给出了该本构模型中参数与粉性土基本指标含水量和回弹模量的计算公式,从而得到粉性路基土的永久应变预估模型,该本构模型可用于柔性基层沥青路面车辙分析。     

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。     

广韶高速公路沥青路面高温状况的分析

通过对广韶（广州-韶关）高速公路沥青面层内高温实测数据的分析,得到了沥青路面高温温度场变化与气温变化之间的关系,确定了沥青面层内最高温度出现的位置和沥青面层内高温温度状况的变化规律。采用3种温度模型来预估沥青路面高温温度状况,经与实测数据比较,表明采用LTPP模型对路面温度场进行分析评价是偏安全的。     

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。     

考虑车速的车辙预估模型研究

以海南地区常用的3种路面材料SMA,Superpave和AC类沥青混凝土为研究对象,选用小型加速加载仪进行了不同行驶速度下不同铺面材料的永久变形试验,得出了新的车辙预估模型,并与现有的环道试验数据进行对比.研究发现:车辙预估模型必须充分考虑车速的影响,在用来回归模型系数的原始试验数据中,必须加入足够多的车速数据;对于不同的铺面材料,采用修正后的预估模型进行拟合后,预测值与现场实测值的相关系数R2可分别达到0.947、0.937和0.928,新模型的预估精度大大高于之前未充分考虑车速的模型.