温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

基于加速加载试验的半刚性基层沥青路面动力响应

为了了解移动车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应规律,修筑足尺试验场,采用置入式应变传感器,检测加速加载设备在车轮荷载作用下的面层底部动力响应,研究了面层底部横向分布以及轴重和温度对路面结构动力响应的影响。结果表明:移动车轮荷载下,面层底部纵向弯拉应变呈拉压应变交变状态,荷载位置仅影响其数值大小;横向弯拉应变比较复杂,胎冠下部呈现拉应变状态,2个轮胎之间及轮胎外侧呈现压应变状态,胎肩位置呈现拉压应变交变状态;面层底部弯拉应变无法充分反映超载车辆对路面的破坏作用;温度对路面结构的动力响应影响显著,30℃、40℃和50℃下沥青路面动力响应分别为常温状态下的3倍、8.9倍和13.3倍。     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层应力分析

为了研究多孔混凝土基层沥青路面的结构设计方法,通过三维有限元数值分析方法,建立多孔混凝土基层缩缝处沥青路面的三维有限元模型,分析多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的荷载应力、温度应力、荷载与温度耦合作用下的耦合应力。结果表明：基层缩缝处沥青面层底面荷载主应力多为压应力值,但其剪应力在接缝处出现峰值;在温度作用下,沥青面层应力峰值点的位置在基层缩缝中点处沥青面层的底面及表面;荷载和温度耦合作用下基层缩缝中点处沥青面层底面的第一主应力介于荷载应力和温度应力之间。     

乳化沥青冷再生基层路面结构实测动态响应分析

沥青路面的动力响应是基于力学的沥青路面设计方法中的主要控制指标,其变化规律也是路面结构性能的评价依据。文中通过在试验路中埋设沥青应变计,采集在移动车辆荷载作用下的动力响应,对乳化沥青冷再生作基层的沥青路面进行了动力响应分析。分析结果表明:(1)对于双联轴车辆,两后轴经过时应变波形会产生相互干涉、叠加。(2)沥青面层底应变随速度增大而降低,随轴重增加而增大。乳化沥青冷再生基层底应变值较小,随速度提高而降低的趋势较缓。(3)乳化沥青冷再生基层底应变均小于沥青面层底应变。这与完全连续状态的弹性层状理论计算结果矛盾,说明两者之间并非完全连续状态。(4)作为底基层的原路面基层的修复状态对乳化沥青冷再生基层底的动力响应有显著影响,使其压应变显著增大,对沥青面层底动力响应影响不显著。     

温度对长大上坡路段沥青混凝土路面动力响应的影响

为了研究温度对长大上坡路段沥青混凝土路面动力响应的影响规律,建立了一种移动荷载下长大上坡沥青混凝土路面动力响应模型,分析了温度对路面各动力响应参数的影响规律.结果表明:温度对长大上坡路段沥青混凝土路面动力响应影响很大;对于所研究的路面结构和坡度,在标准轴载作用下,当温度从10℃增加到30℃时,其面层底部纵向剪应变由65.61με增加到142.01με,横向剪应变由78.72με增加到175.13με,垂向压应变由-63.83με增加到-127.99με,远远大于面层底部的弯拉应变.过大的面层底部纵、横向剪应变和垂向压应变容易引起路面出现推移、拥包和车辙,在长大上坡路段路面设计时应充分考虑面层材料的耐高温性能和面层底部的抗剪强度.     

温度与移动荷载作用下特重交通RCC基层沥青路面结构响应分析

为便于传统半刚性基层沥青路面改造方案结构优选,使改造后的路面能更好地承受特重交通与环境温度作用,针对碾压混凝土(RCC)基层以及组合式基层沥青路面两种改造方案,利用ABAQUS有限元软件进行其在大气温度作用下的路面结构温度场预估、温度应力分析,以及典型温度场与移动荷载的耦合分析。结果表明:①大气温度对路面温度场的影响主要集中在面层,尤其是中上面层,温度变化梯度对温度应力影响较大;②温度应力主要集中在基层及以上结构层,面层在温度较低时承受拉应力,基层顶面承受较大的温度压应力;③相比于组合式基层,RCC基层沥青路面在温度与移动荷载共同作用下,其沥青中下面层剪应力、沥青层层底弯拉应变以及土基顶部压应变等均具有更为明显的力学优势,且抗疲劳开裂和永久变形损伤预期寿命最长。RCC基层沥青路面可作为特重交通路面改造工程的优选结构。     

基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析

为了研究在水-荷载耦合作用下沥青混合料试件的压缩疲劳破坏过程及其沥青路面结构的动力响应,借助CT扫描技术和图像处理技术,进行了无水和饱水沥青混合料的宏观和微观破坏初步对比分析,定量分析了破坏前后沥青、集料和空隙的变化情况.根据多孔介质理论,对广西典型半刚性沥青路面结构进行了ABAQUS建模和FLAC-3D的计算,分析了无水和饱水两种情况下的力学响应差异.结果表明:沥青混合料试件从无水向饱水转化时,破坏模式从压裂转变为剪切破坏模式;在行车荷载作用下,饱水沥青路面与其无水情况下力学响应特性的不同主要集中在沥青面层深度范围内;相对于无水情况,饱水情况荷载效应作用时间将会成倍增加,且沥青面层拉应力出现激增,使沥青路面更容易产生结构性损坏;饱水情况下的沥青路面层底产生较大的先压后拉的横向应变,导致沥青路面过早产生疲劳开裂.     

车辆荷载下沥青路面动力响应随机特性及可靠性分析

为了研究车辆随机荷载作用下沥青路面的动力响应,建立了车辆随机振动模型和车辆随机激励下基层-面层双粘弹性沥青路面动力响应模型,并采用Fourier变换与小波变换相结合的新方法求得了路面随机响应解析解。根据实际车辆参数及道路参数,以路面不平度为初始激励,仿真得到了车辆随机荷载的功率谱密度函数和自相关函数,分析了沥青路面在车辆荷载下的随机动力响应特性,计算了沥青路面动力响应的主要数字特征函数,同时还对沥青路面随机动力响应进行了可靠性设计。结果表明:沥青路面动力响应的均值函数与路面等级无关,而自相关函数、功率谱密度函数及标准差均随着路面等级的下降而增加;采用提出的方法确定不同可靠度下不同等级沥青路面的动力响应值,可避免采用静载荷作为路面设计荷载的不合理性,为沥青路面的可靠性设计与分析提供参考。     

轴重与胎压对半刚性基层沥青路面动力响应影响理论研究

采用多目标参数评价方法,分析了车辆轴重和胎压对路面结构动力响应的影响,建立移动荷载下粘弹性层状体系动力学模型。结果发现,路面结构动力响应随着轴重和胎压的增加而增加,轴重和胎压对路面结构的动力响应具有耦合性。0.7 MPa胎压下,轴重达到250 kN时,面层底部弯拉应变和土基顶部竖向压应变均小于永久性路面结构设计指标,可作为校核指标;面层底部水平剪应变远大于层底弯拉应变,可作为半刚性基层沥青路面动态设计的主要设计指标。因此,提高面层与基层之间的粘结强度是提高半刚性基层沥青路面结构使用寿命的关键。     

饱和沥青路面动力流固耦合响应特性分析

依托某典型高速公路饱和沥青路面,建立移动荷载下路面系统计算模型,考察行车速度、渗透系数、排水边界、模量等因素对水力响应的影响,分析饱和沥青路面水力损伤机制.结果表明:车辆荷载加载和卸载过程中饱和沥青路面动孔压表现为增长和消散发展模式,产生挤压和泵吸作用,孔隙水渗流过程中对面层产生循环拖拽和冲刷作用,在沥青面层深度0.0...     

垂直非均布移动轮载作用下沥青路面结构数值分析

为揭示沥青路面结构在垂直非均布移动轮载下的力学响应规律,运用3D-Move Analysis程序,开展相同轮载不同轮胎-路面接触应力分布情况下的沥青路面结构动力学分析,并与圆形垂直均布荷载进行对比。结果表明,垂直非均布轮载对沥青面层层底拉应变的影响远大于土基顶压应变,沥青面层底最大拉应变位置随胎压降低向轮隙中心处转移;随着车速增大,高压轮胎与均布轮载作用下沥青面层底的最大拉应变位置变化不大,但低压轮胎作用下的最大拉应变位置向轮隙中心靠近。     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

典型地区沥青混合料疲劳寿命动态模量代表值研究

沥青混合料在不同的试验温度和荷载频率作用下,其力学响应特征不同,不同的温度和行车荷载作用下服役的沥青路面产生的主要路面病害也不同。在沥青路面常见的病害中,疲劳破坏属于结构性破坏,可以利用行车荷载作用下的沥青面层混凝土力学响应特征参数来描述。文章通过调研内蒙古地区基本路况得到分析路面结构参数,并选取典型区域历年温度参数,利用调研所得数据,进行疲劳寿命等效温度预估分析,进一步得到疲劳寿命模量代表值。研究结果显示:典型路面结构下面层(AC-25C)的代表温度为3.1℃,疲劳寿命动态模量代表值为23291MPa。     

川西寒区沥青混凝土路面荷载应力响应的环境影响因素分析

为反映川西寒区复杂的气温条件对沥青路面荷载应力响应的影响,以沥青混凝土劲度模量为面层结构的基本力学参数,结合对寒区气候时空分布数据的收集和整理,采用数值计算方法,对比了川西冬寒区与冬冷区沥青面层对行车荷载作用的应力响应,发现就沥青路面结构层最大拉应力而言,寒区超低温对面层的影响明显高于冬冷区,而水稳基层则相对不敏感。基于此提出:在川西寒区特殊环境下,沥青路面的厚度设计当更加重视气温在空间和时段上的分布规律。     

胎压对半刚性沥青路面实测动应变的影响

依托现场试验路开展车辆加载试验,通过预先埋设面层底部应变传感器,研究在不同胎压的工况下半刚性基层沥青路面的实测动态应变响应规律。研究结果表明:当轴重一定时,车轮胎压增加,胎面接地面积减小,静载模式下的平均接地应力增大;当车辆超载运行时,车胎超压所产生的应变响应明显大于常压工况;在车轮动态荷载作用下,超压胎压对面层底部应变的影响作用明显大于静态荷载。     

基于实测的旧水泥路面薄层罩面动力响应研究

选取4种结构的试验段,通过埋设应力应变传感器,监测加速荷载作用下沥青加铺层层底动力响应,研究了轴重、车速等外部环境对"白加黑"路面结构动力的影响规律,对比了多碎石大空隙沥青面层与普通沥青混凝土面层的结构动力响应。结果表明,沥青加铺层层底压应力和应变均与车速呈反对数变化关系,相同荷载下,弯沉大的应变和应力是弯沉小的1.0~1.2倍;7cm沥青加铺层层底应变是18cm沥青加铺层的4倍左右。多碎石大空隙沥青面层能够部分吸收和消散基层顶部传递的应力和应变。     

重载交通半刚性基层条件下沥青面层的力学响应研究

为研究重载条件下半刚性基层沥青面层的结构力学响应,运用ABAQUS有限元软件计算半刚性基层沥青路面的弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力,分析轴重、基层模量及厚度对力学响应的影响规律,并通过多因素方差分析研究各因素的影响敏感性。结果表明:轴重对弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力的影响最明显,基层厚度次之,基层模量的影响最小。     

永久性沥青路面试验路力学响应分布的数值仿真

为解决重载交通和复杂环境条件耦合作用下路面结构力学响应计算与实际不符的技术难题,采用永久性沥青路面试验路实测交通荷载、路面结构温度场和力学响应数据,分别构建轴载、路面温度场参数概率分布函数和基于轴载、温度变量的沥青层底最大应变力学响应回归模型。在此基础上,用计算机编程语言基于蒙特卡罗模拟法设计出参数抽样和沥青路面力学响应概率分布程序,建立了针对轴载、温度场参数离散型分布和正态分布特点的随机变量抽样方法,实现了参数输入和基于全年交通组成与温度变化周期的沥青路面力学响应分布的模拟仿真。结果表明,模拟的力学响应分布与工程实测结果一致,均近似服从正态分布。研究证明了通过蒙特卡罗模拟可揭示路面结构在荷载和温度耦合作用下的力学响应规律。     

行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤分析

沥青混合料的劲度模量是温度与荷载作用时间的函数,沥青路面疲劳损伤不仅与行车荷载的反复作用有关,而且需要考虑温度因素的影响。文中采用沥青结构层温度场预估模型和疲劳寿命预测方程,结合沥青混合料劲度模量和Miner疲劳损伤累积定律,预估并分析行车荷载与温度综合作用下沥青路面的疲劳损伤,进而对不同的行车荷载与温度组合作用下沥青路面疲劳损伤的结果进行比较。结果表明:温度对沥青结构层的疲劳损伤有较大的影响,随着温度的升高,沥青混合料劲度模量减小,沥青结构层的疲劳损伤增加;行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤比仅考虑行车荷载作用下沥青路面疲劳损伤增加30%~40%;考虑温度作用时,重载车辆对沥青路面疲劳损伤的影响更大。     

FWD荷载下沥青路面动力响应的温度影响作用研究

为研究不同温度条件下沥青路面的实际动力响应规律,铺设了3种典型沥青路面试验路,通过落锤式弯沉仪(FWD)开展了温度对路表动态弯沉盆特性的影响作用分析,并通过动态应变传感器获取了不同温度下FWD荷载产生的沥青层底应变响应。研究结果表明:路表动态弯沉盆的各测点弯沉值随径向距离的增加逐渐减小,随荷载水平的增加逐渐增大,随路面温度的增加显著增大;随着温度的提高,路表动态弯沉盆的影响范围显著减小;通过回归分析方法确定沥青层底应变响应的温度修正系数,有助于实现实际温度下的应变响应向标准参照温度的转换。