典型沥青路面结构力学响应的有限元分析

采用有限元的方法构建三维沥青路面模型,研究3种典型基层沥青路面结构(半刚性基层、柔性基层和复合式基层)在车轮荷载作用下的竖向压应力、竖向压应变、剪应力和弯拉应力等的力学响应。研究结果表明：半刚性基层沥青路面的承载能力强、变形小,但其基层和底基层层底的弯拉应力较大;柔性基层沥青路面的最大剪应力较小,但整体变形较大;复合式基层沥青路面由于铺设了柔性过渡层,力学响应介于两者之间,有较大的力学优势。     

半刚性基层沥青路面-路基协调设计

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立两种典型半刚性基层沥青路面结构的三维有限元模型,针对3种路基高度和4种路基回弹模量,计算半波正弦荷载作用下路面结构的动态响应,结合半刚性路面各结构层疲劳寿命预估方程,分析路面结构疲劳寿命随路基回弹模量变化的规律和相互协调问题。结合交通等级标准,确定满足不同交通等级的临界路基模量。分析表明:路基模量对沥青层疲劳寿命影响较小,对半刚性基层和永久变形预估寿命影响较大;路基高度对半刚性基层路面各结构层疲劳寿命的影响均较小,尤其是对沥青层疲劳寿命影响更小;具有柔性底基层的半刚性路面结构的临界路基模量比具有半刚性底基层的路面结构大。     

半柔性路面结构的力学响应分析

通过力学计算分析了半柔性路面在标准荷载及超载作用下的力学响应,结果表明:轮隙中心点下的半刚性基层层底拉应力最大;荷载作用中心点下处的路表弯沉、面层层底拉应变和面层内最大剪应力最大;路表最大弯沉值、面层层底最大拉应变、面层内最大剪应力及半刚性基层底最大拉应力都随着轴载的增加而增大。     

基于动态模量的多种沥青路面力学响应分析

为分析荷载作用下不同类型沥青路面的受力特点,选取半刚性基层、柔性基层、复合式基层、倒装结构、再生基层五类典型沥青路面结构,采用壳牌设计软件BISAR3.0,基于动态模量等参数进行力学响应及疲劳特性分析.结果 表明:整体上,复合式基层沥青路面各项力学响应具有明显优势,且整体疲劳寿命最好;半刚性基层沥青路面优缺点明显;路面...     

移动荷载作用下沥青路面动态响应三维有限元分析

我国新建道路沥青路面是以双轮组单轴载100 kN(BZZ-100)为标准轴载,采用双圆均布荷载作用下的多层弹性理论进行设计的,而汽车实际施加给路面的是移动荷载。通过建立半刚性基层路面的三维有限元分析模型,对汽车匀速行驶及制动情况下路面的动态响应进行了有限元分析,得出了荷载正下方不同深度处节点竖向位移、竖向压应力、水平应力、竖向剪应力及水平剪应力的时间历程曲线,并与静载作用下的计算结果进行了对比分析。     

路基回弹模量对刚性路面疲劳寿命的影响分析

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立水泥混凝土路面结构体系三维有限元模型,针对2种路面结构形式和2种轴重的轴载作用,计算不同路基回弹模量下的路面结构响应,结合水泥混凝土疲劳方程,分析路基回弹模量对路面结构疲劳寿命的影响.结果表明,随着路基模量的增加,板底应力水平及变化率近似呈线性水平降低,而路面疲劳寿命与疲劳寿命折减率则呈现出较为明显的非线性变化,应力水平变化不大的条件将使得路面结构疲劳寿命产生显著影响;提高路基回弹模量在较高区间(40～60 kPa)将更加显著增大路面疲劳寿命,另外,增大轴载会使路面结构疲劳寿命显著降低.     

隧道内半刚性基层沥青路面有限元模型建立研究

为了完成对半刚性基层沥青路面的数值模拟研究， 文章通过建立隧道半刚性基层沥青路面有限元模型， 将有限元计算结果与 BISAR3. 0 的结果进行比较， 以研究隧道半刚性基层沥青路面有限元模型的建立。 得出以下结论： 通过比较分析 ABAQUS 与 BISAR3. 0 的计算结果， 验证了本文采用模型的正确性； 当隧道半刚性基层沥青路面三维有限元模型取路面宽 W 为 3.5 米时， 与 BISAR 算出来的结果吻合度较高。 因此， 在对半刚性基层沥青路面进行数值模拟分析时， 有限元模型取路面宽度应当取 W= 3. 5m； 计算路面结构的应力应变响应及疲劳寿命时， 要对半刚性基层进行贯通裂缝预设。 对称荷载的应力、 应变响应均小于偏载， 计算出的疲劳寿命也明显小于偏载情况， 建立的隧道半刚性基层沥青路面有限元模型应该采用偏载模式加载。     

基于碾压混凝土基层的沥青路面荷载、温度应力影响分析

运用有限元法对碾压混凝土基层沥青路面结构建立三维有限元模型;通过对碾压混凝土基层沥青路面临界荷载位的分析,确定了碾压混凝土板的临界荷载作用位置;分析了碾压混凝土基层在不同参数条件下临界荷载位置处的荷载应力和温度应力,结果表明:随碾压混凝土层厚度、沥青面层厚度、下基层厚度、板底综合模量的增大,碾压混凝土板底应力逐渐减小;并提出了温度应力的计算公式及温度翘曲应力系数Cx的取值范围。     

层间接触状况对刚性路面结构受力影响分析

在前人研究的基础上,用三维有限元方法计算荷载作用下不同的层间接触状况下的路面结构层力学响应情况,分析路面板弯沉、最大层底水平弯拉应力、层间剪应力等因素的变化规律以及影响程度,从而为建立考虑接触状态的刚性路面设计方法提供依据。     

全厚式沥青路面三维有限元分析

通过选用具有代表性的全厚式沥青路面和半刚性基层沥青路面,利用ANSYS有限元计算软件,建立路面结构三维模型对路面在车辆荷载作用下的力学响应进行分析,可知全厚式沥青路面在抗疲劳损坏和永久变形方面都较半刚性基层沥青路面略胜一筹,且寿命更长,因而具有广阔的应用前景。     

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基于半刚性基层沥青路面反射裂缝严重性,应用断裂力学理论及有限元软件ABAQUS,建立20结点等参有限元模型,数值模拟沥青路面反射裂缝的扩展,并应用Paris公式预估其疲劳扩展寿命,分析探讨反射裂缝扩展过程中应力强度因子K2 的变化规律及路面结构参数对其扩展寿命的影响.计算表明：(1)沥青面层反射裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,K2 随着裂缝的扩展不断增大,初期扩展速度较慢,后期扩展速度急剧增加,直至破坏.(2)路面结构参数中,面层厚度、基层模量、底基层厚度、底基层模量和土基模量的增加对面层反射裂缝疲劳扩展寿命有利,而面层模量和基层厚度的增加则不利于面层反射裂缝的疲劳扩展.     

全厚式沥青路面三维有限元分析

通过选用具有代表性的全厚式沥青路面和半刚性基层沥青路面,利用ANSYS有限元计算软件,建立路面结构三维模型对路面在车辆荷载作用下的力学响应进行分析．可知全厚式沥青路面在抗疲劳损坏和永久变形方面都较半刚性基层沥青路面略胜一筹,且寿命更长．因而具有广阔的应用前景。     

板底脱空压浆处治路面板力学响应分析

通过建立有限元模型,研究了荷载作用下路面板底压浆面积等因素对压浆处治路面板应力及弯沉的影响,分析了压浆前后路面板相关指标的变化规律,确定了压浆处治路面板的力学状态,可为旧水泥混凝土路面板底脱空压浆处治方法的研究提供力学基础。     

不同荷载作用下半刚性沥青路面力学响应规律

基于半刚性基层路面典型结构建立三维力学模型,综合考虑常载、常载+刹车、超载和超载+刹车4种组合荷载,采用双轮最不利矩形接触面形式,并运用特征路径分析方式,数值模拟了路表及深层内力学响应规律。结果表明:刹车对路表弯沉和路基顶面压应变影响较小,超载影响显著;刹车主要对面层弯拉应力影响较大,并使上面层出现较大拉应力,对基层基本无影响,超载使基层弯拉应力增大显著;超载和刹车对剪应力峰值增大明显,特别是刹车使剪应力增大极其显著;在不同荷载作用下,从路表沿深度方向力学响应峰值位置会发生变化,在进行沥青路面结构设计和力学分析时应取相应位置处的值作为力学控制指标。     

荷载接触面形状对沥青路面力学响应的影响

沥青路面力学分析时,车辆荷载基本是被处理成通过轮胎与路面的接触面传递的,而且接触面假设为较为规则的几何形状以方便计算分析。通过对圆形、正方形、长方形、椭圆形及矩形+两半圆形接触面的荷载处理方式进行三维有限元计算,结果显示:矩形+两半圆形的接触面对竖向位移、面层剪应力及上面层层底拉应力响应是最敏感的;对下面层层底拉应力的响应最敏感的是长方形接触面;圆形接触面对路面的变形和应力力学响应是最不敏感的,其次是正方形接触面。     

移动荷载作用下结构参数对沥青路面的动力响应分析

利用ABAQUS有限元软件建立沥青路面的三维仿真计算模型,分析移动荷载作用下沥青路面的设计指标受结构参数影响的变化规律;结合正交试验,探讨了结构参数的影响权重,在此基础上选择了一种结构参数组合并进行了试算。研究结果表明:(1)面层厚度增加可以显著降低面层底部拉应力,基层厚度增加可以显著降低底基层底部弯拉应力,底基层厚度增加可以显著降低基层底部弯拉应力;(2)面层、底基层模量的增加会减小路表弯沉和路基顶压应变,提高结构层的抗变形能力,但是面层、基层、底基层模量的增加也会导致该结构层底部拉应力的显著增加;(3)在敏感性分析的基础上,合理地选择结构参数组合可以有效地降低沥青路面的动力响应。     

大跨径水泥混凝土桥梁铺装层力学响应分析

为研究大跨径水泥混凝土桥梁铺装层的力学响应特点,建立水泥混凝土箱梁桥、工字梁桥以及三跨连续梁桥模型,在此基础上对铺装层在桥梁整体结构中所产生的应力应变响应进行分析.采用ABAQUS有限元分析软件,建立了桥梁三维有限元整体模型,分别研究了不同厚度铺装层在各种跨径条件下,在车辆荷载和温度荷载作用下的力学响应.研究结果表明:...     

旧水泥混凝土路面加铺应力吸收层有限元分析

旧水泥混凝土路面加铺沥青面层是目前我国旧路改造的主要形式之一,但是由于受到行车荷载和温度应力的反复作用,或二者的耦合作用,很容易出现反射裂缝。对设置应力吸收层的加铺结构利用ABAQUS通用有限元软件进行行车荷载、温度荷载及耦合作用下三维有限元分析,通过对比有无应力吸收层、旧水泥面板与基层之间不同连接状态下各结构层的力学指标,得出设置应力吸收层能有效防止、延缓反射裂缝的扩展,为旧路改造设计、施工提供依据。     

考虑横观各向同性疲劳损伤的沥青路面数值模型

为研究车辆荷载作用下沥青路面的疲劳损伤问题,假定路面结构内受拉区的疲劳损伤横观各向同性,推导了沥青路面考虑横观各向同性疲劳损伤的本构方程.采用FORTRAN语言开发了材料子程序UMAT,结合有限元分析软件ABAQUS,得到了沥青路面的横观各向同性疲劳损伤数值分析模型.通过对该模型在不同荷载下的疲劳寿命分析,建立了荷载-疲劳寿命曲线,与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性,并分析了损伤度及水平拉应力在路面结构内的分布规律.研究结果表明:疲劳损伤主要分布在基层底面双轮中心线附近,该位置最先产生疲劳裂纹,随着荷载作用次数增加,受损区水平拉应力在减小的同时,分布规律也发生了很大的改变,其最大值位置沿道路竖向从基层底面向上移动,沿道路横向从双轮中心线位置往两侧移动;本文方法得到的路面疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差在4.57%~9.82%之间.      

重载非均布荷载下沥青路面力学响应分析

选取不同的典型沥青路面结构,采用动态参数,进行了6个等级的非均布荷载作用下的8种路面结构有限元力学响应计算.结果表明:面层是沥青路面结构受力的最不利位置;在双矩形荷载作用下,沥青层底水平横向拉应力和拉应变最大值位于单轮底部中心偏外的位置;路表轮隙中心的应力状态主要和沥青面层厚度和交通荷载有关,随荷载增大,路表应力最大值作用点主要在轮缘外缘附近位置出现;路表最大剪应力随基层类型和沥青层厚度的不同而不同,路表最大剪应力出现在双轮及双轮之间的范围.所得结论可为重载条件下沥青路面设计指标的提出提供理论依据.