考虑水平作用力的沥青路面剪切破坏分析

通过有限元法分析了路面结构在垂直荷载作用下和垂直、水平荷载共同作用下的面层剪应力分布规律。结果表明,横向力分布系数影响剪应力随深度的分布规律;最大剪应力随横向力系数的增大而增大,两者呈线性关系;考虑水平力作用时,沥青面层的剪应力增大且峰值上移,易造成沥青路面发生车辙、推移、拥抱破坏,有必要将水平作用力纳入结构设计指标体系。     

超重车辆荷载作用下沥青混凝土路面剪应力分析

剪切型破坏是沥青混凝土路面的主要破坏类型之一,超重车辆的存在加剧了沥青混凝土路面的剪切破坏。针对超重车辆作用下的沥青混凝土路面剪应力开展研究,利用有限元方法,以半刚性基层沥青混凝土路面结构为背景,分析了不同轮胎接地压力下沥青混凝土路面内部剪应力的分布特征,对比分析了超重车辆对路面内部剪应力分布的影响。分析表明,在垂直车辆荷载和水平摩擦力综合作用下,最大剪应力极大值出现在路面表面,最大剪应力随轮胎接地压力的增大呈线性增长;对于超重车辆荷载作用的沥青混凝土路面,应当选择抗剪强度好的改性沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石等材料,同时应适当提高中面层材料抗剪强度。     

不同加载方式下的沥青路面剪切响应分析

运用有限元软件ANSYS建立半刚性基层沥青混凝土路面的结构模型进行瞬态分析,得到路面结构在匀速移动均布荷载和半波正弦荷载作用下的yz向剪应力及剪应变时程曲线,揭示两种加载方式下的路面结构剪切响应规律基本相似,但波动荷载对路面受力状态和应变状态的影响更为多变、更为复杂。     

水平荷载作用下高模量沥青混凝土路面力学响应数值分析

为研究和改善行车水平荷载对沥青混凝土路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了静载作用下各大小水平荷载作用时沥青混凝土路面结构的力学响应规律,对比分析了高模量沥青混凝土(HMAC)设置在路面结构不同层位对水平荷载和垂直荷载综合作用下路面结构力学响应的影响.结果表明:水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6 cm范围以内;在较大水平荷载作用下,路面结构最大剪应力和最大拉应力峰值增大显著,容易造成路面结构的剪切和拉裂破坏;面上面层设置HMAC和上中面层设置HMAC能够有效地改善这些局部路段路面结构的抗剪切和抗拉裂性能,且在效果上后者优于前者.     

不同形式荷载下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析

在分析车辆荷载作用下路面结构响应时,车辆荷载通常被简化为静止、振动和匀速移动3类形式.为了准确把握荷载不同简化形式下路面结构响应的差异,根据柔性路面的典型结构形式,建立了路面结构的离散元模型;采用离散元颗粒流软件,分别模拟了静止、振动和移动荷载对路面结构的作用,并对比分析了不同荷载形式下路面结构的力学响应.结果表明,静止、振动荷载只能反映移动荷载作用于路面结构后最大响应,亦即移动荷载越过路面结构某位置的瞬间,静止荷载响应与振动和移动荷载响应的峰值相当;静止、振动荷载不能反映移动荷载对路面结构引起的拉、压交替响应,以及车辆移动引起的路面结构内水平剪应力不同方向的两次作用.     

旧水泥混凝土路面错台对沥青加铺层产生反射裂缝的影响分析

针对某旧水泥混凝土路面改造工程中,沥青加铺层中出现严重反射裂缝的问题,利用有限元软件ANSYS建立了考虑错台的三维线弹性路面结构有限元模型,分析了施工阶段压路机荷载和运营阶段标准轴载下、荷载作用位置、沥青加铺层厚度和水泥路面板错台高度等因素对沥青加铺层中最大剪应力分布规律的影响。计算结果表明,沥青加铺层中的最大剪应力是反射裂缝产生的原因,荷载作用下,错台显著地加剧了沥青加铺层中最大剪应力的集中程度。得到错台条件下的最不利荷位为荷载刚好完全作用在错台高板一侧,并给出了临界错台高度及临界加铺层厚度。最后指出施工中应重视错台的危害,轻微错台也要严格消除,并提出了进一步的研究方向。     

长寿命沥青路面剪应力分析

基于陕蒙高速长寿命路面结构组合形式,借助弹性层状体系理论分析了带级配碎石基层的沥青路面各结构层参数变化时,沥青层内最大剪应力及最大剪应力作用方向的变化规律。结果表明:沥青层内最大剪应力峰值的位置与沥青层厚度关系最为密切。当沥青层较薄,其厚度≤11 cm时,最大剪应力出现在沥青层底。当沥青层厚度≥12 cm时,最大剪应力出现在6~7 cm处。沥青层内最大剪应力及其作用方向受沥青层厚度和水平荷载的影响最显著。水平力的作用对7 cm以上路面结构内的最大剪应力影响巨大,水平荷载越大,相应的最大剪应力峰值也越大。分析结果为长寿命路面结构设计提供了理论基础。     

旧水泥路面加铺沥青面层结构的反射裂缝成因分析和防治

为了研究旧水泥路面加铺沥青面层结构的反射裂缝的形成原因,通过建立路面有限元模型,分别计算了路面结构在车辆车载作用下的拉应力和剪应力以及温度降低引起的拉应力,并且分析了应力吸收层防治反射裂缝的效果。研究表明:车轮偏荷载引起的剪应力和温度降低引起的拉应力是导致反射裂缝的原因;应力吸收层能显著减小面层底部的剪应力和拉应力,可以有效防止反射裂缝的形成。     

温度非均匀分布对沥青混凝土路面结构力学响应的影响分析

传统的路面力学计算并未考虑温度沿路面深度方向的非均匀性和变温过程对沥青混凝土劲度模量的影响,使理论计算结果与实际状况之间的差异较大。为此,通过数值解法同时考虑以上两个因素,对青藏公路典型路面结构不同温度分布下的力学响应进行全面的计算分析。结果表明:一天时间内,在标准荷载作用下,路面结构在沥青混凝土面层平均温度最高时刻的最大竖向位移比温度最低时刻高约14.5%;轴向及行车方向的弯拉应力分别增大6.4%和6.7%;竖向剪应力增大12.0%左右,而水平剪应力则增大33.9%。这说明沥青混凝面层的温度及其分布对路面结构力学响应有较大影响。青藏高原多年冻土地区温度变化幅度较大、变温频繁,因此,在沥青混凝土路面结构设计中应充分考虑温度及其分布的影响。     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

沥青混凝土路面梯度特性分析

沥青混凝土路面结构在路面温度场及老化作用下会产生梯度特性,而传统的路面设计与力学计算中并未考虑路面结构的这种梯度特性.采用有限元软件ABAQUS建立沥青路面结构的考虑梯度特性的梯度模型与不考虑结构梯度特性的均匀模型,并对两种模型进行了对比分析.结果表明,路面梯度特性对路面结构在行车荷载作用下的力学响应影响显著,因此,在沥青路面结构设计及力学分析中,应当考虑路面结构梯度特性的影响.     

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.     

不同橡胶沥青路面结构静载力学数值分析

为探讨不同结构沥青路面在静载作用下的力学性能,基于ANSYS有限元理论,拟定3种类型橡胶沥青路面结构并建立静力学有限元模型,分别针对沥青层层底拉应变、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力进行数值分析。结果表明,3种结构路面在荷载作用下沥青层第一层层底均出现压应变,路面深度增至临近第二层层底时逐渐转变成拉应变;沥青层层底发生拉应变主要是由于沥青层模量和基层类型的影响;3种结构沥青路面层剪应力均随着路面深度的增加呈现先增后减的趋势。     

不同层间接触状态下沥青路面动力响应分析

在考虑路面结构层间接触的情况下,采用ANSYS建立路面结构三维有限元模型,通过编写APDL程序,分析了在行车速度为匀加速、匀减速和匀速状态下路面结构的动力响应规律.研究结果表明:在3种不同行驶状态下,随着层间接触系数的增大,路面结构各层的最大竖向剪应力呈增大趋势,路面结构各层的横向最大剪应力呈减小趋势,路面结构各层的X...     

层间结合状态对刚柔复合式路面剪应力的影响分析

不同层间结合状态对荷载作用下刚柔复合式路面剪切应力的影响是不一样的,利用Bisar3.0软件对刚柔复合式路面的剪切应力进行了计算分析。通过选取合理的简化弹性柔量系数ALK值来模拟现实路面层间结合状况,并考虑了温度对剪切应力的影响。计算结果表明:荷载中心位置是最大剪应力最有可能出现的位置;层间结合状况越好,层间最大剪应力值越小,且剪应力突变越小,对路面越有利;温度对剪切应力的影响有限,温度越高,层间剪应力会略微变小;通过合理的层间处理技术提高层间抗剪强度,能有效地避免层间剪切破坏;提出了对现有复合式沥青混凝土路面抗剪设计的改善意见     

柔性基层沥青路面在动荷载作用下Top-Down开裂模拟研究

针对柔性基层沥青路面主要病害形式Top-Down开裂开展病害机理研究,为病害预防提供技术支持,有助于提高道路服务水平,延长路面使用寿命。首先,对国内外目前柔性基层沥青路面Top-Down开裂研究成果进行了对比研究,分析了不同研究成果中对于Top-Down开裂形式、裂缝形成与发展机理提出的一致以及尚未达成共识的结论,确定以动态荷载下路面结构厚度、车辆荷载作为主要分析对象。然后,利用有限元计算软件进行实体建模,参考国内已建成道路选定代表路面结构,确定各项路面参数,基于子午线轮胎按照三向应力建模;分析动荷载作用下的应力最不利位置以及应力分布;选取车辆荷载作为主要变量,对动荷载作用下柔性基层沥青路面Top-Down裂缝起裂和发展的影响因素进行研究。基于断裂力学,以轴载和路面结构层厚度为主要变量,对微裂缝出现后影响裂缝发展的不同因素进行了对比。结果显示:当路面处于完整、连续的工作状态时,在动荷载作用下,剪应力τ是TopDown裂缝形成的主要原因;当路表出现微裂缝后,轴载对于裂缝发展的影响要远大于路面处于完整、连续状态时轴载的影响,应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ的峰值显著提高,建议在柔性基层路面设计、验算时加入剪应力验算指标。     

旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的力学机理分析

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土层的技术,关键是如何防止反射裂缝。温度荷载与车辆荷载作用所引起的剪切破坏,是沥青混凝土加铺层（AC层）结构产生反射裂缝的主要原因之一。采用三维有限元法对旧水泥混凝土路面上AC层进行了数值模拟分析,重点考察了在车辆荷载作用下接缝处AC层的剪应力与弯沉差,并且分析了加铺层厚度、旧水泥混凝土板的厚度、地基弹性模量等参数对最大剪应力及最大弯沉差的影响。结果表明,合理确定加铺层的厚度．对于预防和控制反射裂缝产生和发展具有重要的作用。     

水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析

为研究行车水平荷载对沥青路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了不同水平荷载作用时沥青砼路面结构的力学响应规律,分析了半刚性基层厚度和土基模量对水平荷载产生应力的影响。结果表明水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6cm以内,路表最大剪应力和最大剪应变随水平荷载增大而显著增大,半刚性基层厚度或土基模量的变化对水平荷载产生的应力影响不大。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层力学分析

车辆荷载作用所引起的剪切破坏是旧混凝土路面上沥青加铺层（AC）结构产生反射裂缝的主要原因之一，采用有限元法对旧混凝土路面上AC层进行了力学分析，重点考察了车辆荷载作用下接缝处AC层的剪应力与弯沉差，分析了临界荷位及计算参数的影响规律，并给出了可用于生产设计的回归公式。     

重载下刚性基层沥青路面的力学响应分析

应用APBI程序,建立计算模型,采用弹性层状体系理论,对重载下刚性基层(CRCP)沥青路面的力学响应进行了分析,探讨了重载作用下刚性基层沥青路面的应力分布及其影响因素。研究结果表明:路表位于车轮外侧有数点受到垂直于行车方向的拉应力,路表最大剪应力的位置出现在轮胎边缘附近,在拉应力和剪应力的共同作用下行车带轮迹边缘附近容易出现平行于行车带自上而下的裂缝;刚性基层路面拉应力主要由刚性基层承受,随着结构层所受荷载的增加,层底拉应力显著增大;高温下车辆制动时产生的水平力对剪应力的影响很大,当紧急制动时路面最大剪应力比不考虑水平力时增大接近150%,易产生剪切破坏。