路基路面结构的动力特性试验研究

路面路基结构的沉降变形主要来自地基路堤土层的固结压密沉降和交通荷载反复作用下路面路基各结构层的累积残余变形。文章论述了路面路基结构在车辆荷载作用下的动力特性试验研究,通过比较水的浸入和压实密度降低两种因数对路面路基结构应力和变形特性的影响程度可发现,水的浸入对路面路基结构应力和变形的影响要大于压实密度降低对路面路基结构的影响。水的浸入和碾压质量不高是造成路面早期破坏的因数之一。     

连续配筋混凝土路面在横向荷载作用下的解析解

根据复合材料层合板理论，运用三角级数和傅里叶变换方法，分析了温克勒地基上连续配筋混凝土路面在横向荷载作用下的变形，内力及应力，得到了问题的解析解。给出了算例结果，探讨了配筋率，配筋位置，地基模量等参数对路面变形、内力及应力的影响规律。     

考虑水平摩阻的Pasternak路基基层及路面变形分析

为了分析实际工程中路面结构在各类情况下的变形特性，采用Timoshenko梁模型模拟路面及基层特性，Pasternak地基模型模拟路基特性，考虑路面基层间的水平摩阻、路面和基层梁单元的形心轴向位移、基层材料与路基土的非线性应力-应变关系，根据弹性体的虚功原理列出虚功方程，离散后得到单元切向刚度矩阵，运用有限元方法进行组装并采用迭代法进行求解，得到路面结构在不同参数作用下的变形结果。分析基层厚度，模拟水平制动荷载、水平摩阻系数及其他参数对路面结构变形的影响。计算结果表明：如果不考虑基层作用和水平摩阻，采用线性Winkler地基模型计算所得结果与已有文献的计算结果非常接近，验证了该模型与计算方法的正确性；加厚基层厚度能抑制路面沉降及弯曲变形，路面与基层间的摩阻能减小路面沉降，两者都会增大形心轴向位移，水平摩阻的影响不能忽略；模拟水平制动荷载会引起路面微小的转动并从而引起路面结构的变形；增大地基极限承载力能减小路面沉降，一定程度上能抑制路面的弯曲及轴向变形，但效果不显著；增大基层中的剪切作用能有效减小路面沉降及弯曲变形，基层中最终剪应力的大小对路面形心轴向位移的影响尤为明显。     

交通荷载作用下路堤高度对残余变形影响研究

通过对交通荷载作用下路面结构体系的数值模拟,计算了路基中竖向动应力的变化,并采用室内动三轴试验,研究了软土地基在循环荷载作用下累积变形的规律,最终建立了交通荷载作用下软土地基残余变形的计算关系式,并分析了路堤的残余变形量与其高度的关系。     

疲劳荷载下路面水泥砼裂缝结构特征变化分析

为了研究路面水泥砼内部裂缝在荷载及外界因素作用下的变化,利用室内试验设备模拟路面水泥砼的荷载应力、温度等实际工作环境,对比分析单一荷载作用和荷载、冻融循环耦合作用下路面水泥砼内部裂缝的变化过程。结果表明,荷载应力和冻融循环耦合条件下,C30和C40砼在50%、80%两种应力水平下的裂缝面积宽度比单一荷载应力作用下的大,裂缝宽度比单一荷载作用下的小,应力水平为50%时的最大裂缝长度比单一荷载作用下的大,应力水平为80%时的最大裂缝长度比单一荷载作用下的小,裂缝分形维数比单一荷载因素下的大。     

水泥混凝土路面板底脱空对路面荷载应力的影响

中国水泥混凝土路面早期破坏比较严重,而脱空是造成这一现象的主要原因.当出现脱空后水泥板体产生的荷载应力会迅速变大,为了研究脱空对路面荷载应力的影响,利用光纤光栅技术在(湘)潭—邵(阳)高速公路水泥路面上进行试验,并使用有限元进行模拟分析.通过试验及分析得出:荷载与脱空尺寸对水泥混凝土路面脱空区内的动水压力影响很大,水泥混凝土路面板体产生的荷载应力与施加的荷载和脱空尺寸成线性关系,随着车辆荷载和脱空尺寸的增加,水泥板内的荷载应力线性增大.同时根据有限元模拟得到了考虑荷载和脱空尺寸条件下的潭邵高速公路水泥混凝土路面的荷载应力计算公式.     

基于FWD的路面结构动力特性分析

以路面结构在动态荷载作用下为前提 ,分析多层弹性体系在动载作用下的动力响应特性 ,研讨了动态荷载的传递时程、特点以及路面结构层在动载作用下的变形特性。实践表明 ,这种方法较合理 ,可准确地模拟动载作用下的路面变形特性     

Deformation and Stress of Old Cement Concrete Pavement under Stamping Load

为准确分析冲压荷载作用下旧水泥混凝土路面的变形和应力分布状况,通过建立合适的有限元模型来对其分析计算,并以第一强度理论来判断旧路面板的破裂情况,总结了路面板在冲击压实情况下的破坏机理.通过该模型得出旧水泥路面板竖直方向和水平方向的变形和受力特点,即:路面板在冲压荷载作用下发生纵、横双向弯曲变形,并以全断面的纵向弯曲变形为主,最大变形值位于路面板的两冲压轮之间的位置,路面板断面上竖向各点的沉降变形有微小变化,变形性态说明路面板将以弯曲形式发生破坏;路面板在轮压荷载作用下,上面层受压应力,下面层受拉应力,拉压应力的分界点在路面板中心偏下的位置,上面层绝大部分区域3个方向均处于受压状态,纵向压应力几乎为横向压应力的2倍.     

动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能研究

为了探究经历车辆动态疲劳荷载作用后路面水泥混凝土力学性能的衰减规律,基于正交试验设计了力学性能、耐久性及工作性最佳的路面混凝土配比;选取了30%、50%、80%三个荷载应力水平,设计了4种不同的疲劳加载方案对路面混凝土进行疲劳试验。利用MTS测定了不同疲劳加载方案下路面混凝土的剩余强度和应力-应变曲线变化规律,并借助经典的断裂能理论对动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能进行研究。结果表明:应力水平为80%的动态疲劳荷载作用下路面混凝土的剩余弯拉强度呈现衰减趋势,加载4h后其剩余弯拉强度较基准降低了20%;当荷载应力水平为30%、50%时,动态疲劳荷载作用前期混凝土剩余弯拉强度出现负衰减,疲劳加载3h后其剩余弯拉强度较基准分别提高7.9%、3.1%;动态疲劳荷载造成路面混凝土脆性增加,其变形呈现"弹性-塑性-类似弹性"的三阶段衰减规律;路面混凝土的断裂能随着加载时间及荷载应力水平的增加逐渐降低,应力水平大于50%时疲劳荷载对混凝土的断裂能劣化显著;当应力水平为30%、50%和80%时,加载4h后断裂能较基准分别降低24%、57%和66%。     

交通荷载作用下路面结构动态响应分析

为研究路面结构在交通荷载作用下的动态响应,应用ABAQUS软件建立路面的三维有限元模型。探讨了3种路面结构在交通荷载作用下的动压应力和拉应力、水平剪应力和竖向位移等指标。研究结果表明：（1）3种路面结构的最大压应力随着深度的增加逐渐减小,且都在深度0.30m附近出现显著变化;随着所受轴载的增加,结构层面层承受的压应力也随之增大,并向深处扩散;当车载为150kN时,面层所受的压应力为0.15~0.25MPa,而车载为450kN时,基层内的压应力以达到0.15~0.25MPa;在正常行驶情况下,行驶速度为100km/h时,荷载经过时,最大压应力显著变化范围位于0~0.3m深度处;（2）3种路面结构所受的剪应力相对于压应力和拉应力来说较大,这说明汽车在行驶过程中对路面结构的剪切破坏更为明显;（3）前两种路面结构型式中的拉应力整体上呈现先增后减的变化,且都在路面面层出现较大的拉应力,第3种路面结构型式的拉应力基本上呈递增型式,但在0.3m深度以下增长缓慢,路面底基层仍然承受一定的拉应力;（4）通过将试验数据和模拟数值进行对比分析,模拟数据基本与试验实测数据一致,说明建模时所选取的参数能够较好的模拟移动行车荷载对路面的影响;将路面结构所用材料的抗折强度与无侧限抗压强度同模型的模拟值进行对比,得知不同中方案中路面的材料强度储备充分,能满足行车荷载所产生的压应力和拉应力,路面结构设计满足要求。     

基于多级加载蠕变试验的沥青混合料变形特性研究

沥青路面的永久变形是路面结构层在荷载作用下塑性变形的积累.采用旋转压实仪GC减小沥青混合料试件制作过程中的变异性,在此基础上以MTS810型液压伺服务系统分五级进行单轴压缩蠕变试验,研究重复荷载作用下沥青混合料的变形特性.从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形内在机理,探讨了受压状态下耗散能与混合料不可恢复变形间的联系,分析了室温下荷载作用时间对沥青混合料应力与应变关系的影响.     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

聚氨酯稳定橡胶颗粒新型路面材料除冰雪机理分析

聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料是一种新型路面材料,与普通沥青混合料相比具有高强、高弹、耐久等特点,因而可以作为具有抑制冻结/自应力破冰功能路面材料使用。该材料具有复杂的物理组成,其表面冰层在荷载作用下的应力应变响应与材料的微观结构密切相关。该文结合混合料的除冰试验现象进行仿真分析:基于数字图像处理技术结合有限元软件构建混合料的微观结构模型,模拟不同温度和配比条件下混合料表面冰层在轮载作用下的力学响应。计算结果表明:冰层在荷载作用下产生的局部弯拉变形破坏是路面自应力破冰的主要原因,除冰能力随温度的降低略有下降,同时增加混合料中橡胶颗粒含量对提高路面破冰能力效果显著。室内试验及理论分析证明聚氨酯稳定橡胶颗粒混合料具有良好的路用性能、除冰/抑制冻结性能、耐久性能。     

阜周高速试验路的荷载响应分析

为了研究沥青路面的现场荷载响应,以阜周高速长寿命试验路为载体,通过在路面结构内埋设仪器,测得了路面结构的荷载响应数据。以试验路数据为基础,分析沥青路面结构在荷载作用下的应力、应变和温度的变化特性。并将现场检测结果与力学计算结果进行对比分析,验证路面设计理论的可靠性。     

大粒径沥青混合料基层结构抗裂机理分析

为研究大粒径沥青混合料基层的抗裂机理,采用多层弹性理论程序计算了不同结构类型路面内荷载作用产生的应力应变,基于瞬态传热假设建立了平面有限元模型,计算了降温时路面结构内的温度应力和应变,得到了荷载与温度耦合下各结构层的变形和受力特性。研究发现,当考虑车辆荷载和快速降温共同作用时,快速降温所引起的温度应力远大于标准荷载引起的荷载应力,说明快速降温的温度应力对路面的开裂起主要作用。同时,通过两种结构对比,发现采用ATB 30基层结构的沥青混凝土面层的温度和荷载应力应变均小于传统的半刚性基层沥青混凝土路面。因此认为,设置沥青稳定碎石基层是一种减少沥青混凝土路面开裂的有效方法。     

Gen路面水泥混凝土界面区结构特征变化分析

为了研究路面水凝混凝土界面区结构特征的变化,利用室内各相关试验设备,模拟路面水凝混凝土在荷载应力、温度、湿度条件下单场、双场及三场耦合等实际工作环境,分析不同条件下路面水泥混凝土界面区的动态变化过程。研究表明:荷载水平越高界面区开始扩展的时间提前,单荷载作用下,当荷载水平超过50%时,混凝土疲劳后期界面区抗变形能力明显减弱;荷载与温度耦合对界面区的影响表现为界面区宽度增加,抗变形能力减弱,荷载与不同温度水平作用界面区扩展时间点提前,而扩展程度有所不同;荷载、温度和湿度三场耦合下,对界面区的扩展范围影响不大,但会促进介面区扩展的速度。     

沥青路面受力时间历程分析

采用三维有限元分析的方法,在沥青路面模型上施加非均布的移动荷载模拟轮胎作用,从时间历程的角度对比分析了匀速与减速情况下沥青路面力学响应的差异。结果表明,移动荷载作用下,路面的应力呈现波动曲线,应力大小和方向都会随着时间的变化而变化;应力作用方向变化频繁,且减速的存在使得路面应力大大增加,这些都导致了城市路面破坏的加剧。     

不同结构组合在加速加载试验条件下的动力响应

应用ABAQUS有限元软件模拟MMLS3加速加载试验条件下4种路面结构组合不同结构层层底拉应变的变化,结合试验采集的应变、应力数据分析各种结构组合的动力响应。结果表明有限元动载计算结果与试验数据相近但有所区别,结构层的动力响应在移动荷载和静力荷载条件下随着深度的变化而变化,层底最大拉应变随着荷载次数的增加而不断增加,设计的原始路面结构在力学特性方面优于其他3种路面结构。     

荷载作用下路面混凝土的抗折性能研究

文中研究了25%,50%,75%应力水平荷载疲劳作用不同次数下路面混凝土抗折强度的变化规律,同时对其作用下路面混凝土的疲劳寿命进行了研究。结果表明,25%应力水平荷载疲劳作用对路面混凝土的抗折强度基本没有影响。50%,75%应力水平荷载疲劳作用随着应力水平的提高和疲劳作用次数的增多其对路面混凝土抗折强度的影响也越大。荷载应力水平越高路面混凝土的疲劳寿命越短。     

水泥混凝土路面沥青加铺层足尺疲劳破坏试验

车辆荷载及温度变化是引起水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的主要原因。在室内理想条件下应用大型反射裂缝疲劳试验台架进行不同加铺层结构疲劳破坏的对比试验:采用水平位移的变化模拟水泥混凝土板因温度变化而产生的伸缩变形;采用竖向位移的变化模拟水泥混凝土板在汽车荷载作用下接缝两端引起的剪切变形。通过室内试验模拟,检验不同加铺层结构的防裂效果。