加速加载条件下沥青路面疲劳破坏分析

建立沥青路面有限元模型,按照我国沥青路面设计规范对所建模型施加1次标准荷载进行静力分析,然后施加200万次的循环标准荷载,进行疲劳破坏分析。模拟结果表明,在仅考虑载荷作用时,沥青路面疲劳破坏首先发生在轮迹中心处,然后向两侧扩展。     

基于沥青路面抗剪性能的车辙预估模型标定

为向路面结构设计和沥青混合料抗剪设计提供参考,用室内环道试验数据建立了基于抗剪性能的车辙预估模型,并与现有车辙预估模型进行了比较.为了标定该车辙预估模型,采用2条高速公路沥青路面现场实测数据,对车辙预估值和实测值进行了比较.结果表明:与现有车辙预估模型相比,除综合系数有差别外,其余参数值相差较小;当修正系数为0.361 3时,预估值和实测值吻合较好.      

足尺路面加速加载试验设备技术研究

路面加速加载试验设备可在较短时间内快速模拟若干年内实际交通荷载对路面的破坏情况,检测路面状态和试验参数,为优化道路性能指标提供依据。因此,在深入研究路面加速加载试验设备原理、结构、控制方式、驱动方式等的基础上,开发研制了高效、可靠、节能的足尺路面加速加载试验系统,为道路的设计、建设、维护以及新技术、新材料的应用提供依据,提高了道路建设的针对性、科学性和有效性。     

寒区沥青路面服役性能Ⅱ:疲劳寿命预估模型

低温及冻融作用下的沥青混凝土开裂是道路工程中寒区沥青路面的主要病害形式之一。为量化寒区状态下这两类病害演化的影响,开展基于冻融分区下寒区沥青路面疲劳寿命预估模型的研究。首先,建立沥青混合料冻融损伤疲劳寿命衰变模型;然后,基于热量和降水指标进行冻融环境量化分区,根据损伤等效原则建立室内外冻融次数对应关系;最后,基于沥青混合料冻融损伤疲劳寿命衰变模型和室内外冻融次数对应关系,提出不同地区考虑冻融作用的调整系数计算方法。结果表明：对于不同地区,考虑冻结指数和考虑冻融的调整系数相对误差在20%以内;对于冻融频繁但低温不严重的地区,应当综合选取考虑冻结指数和考虑冻融的调整系数,以提高沥青混合料层疲劳寿命预估精度。研究结果可为寒区沥青路面疲劳寿命预估提供参考。     

基于MLS66的路面加速加载试验数据采集系统建设

辽宁省MLS66足尺路面加速加载试验的总体目标是通过采集荷载作用下的路面性能数据和力学响应数据并分析,找出沥青路面的损伤机理与路面结构疲劳规律。建立了数据采集体系,采用有效的检测设备和数据采集手段,并编制软件进行数据采集与分析。     

基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命, 根据局部应力-应变理论, 通过直接拉伸疲劳试验, 建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线, 运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变, 对循环曲线和Neuber方程进行修正, 以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验, 建立了沥青混合料的疲劳寿命方程, 提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤, 由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。     

一种预估沥青路面剩余寿命的经验方法

本文通过对沥青路面典型路段路况调查，建立了路面破损状态与弯沉的关系，并根据梅纳假定描述了路面结构承载力在交通荷载重复作用下的衰减规律。在此基础上提出了一种以路面破损状态预估路面剩余寿命的方法，可以为路面养护的科学决策提供依据。     

基于加速加载的沥青混合料车辙发展规律研究

为研究沥青混合料在实际运营条件下车辙变形特征,对AC-13和SMA-13沥青混合料在不同试验温度及加载次数下进行加速加载试验,分析沥青混合料车辙发展规律并提出车辙预估模型。结果表明：沥青混合料的车辙深度随着温度升高、加载次数增加而增大,在25℃、50℃条件下SMA-13的稳态变形速率分别为AC-13的75.6%、50.5%,SMA-13的抗变形能力要优于AC-13。基于加速加载试验提出的车辙预估模型综合考虑了试件厚度、试验温度和加载次数的影响,拟合精度良好,可以为沥青路面运营养护决策提供技术支撑。     

高速公路沥青路面典型结构加速加载试验研究

对两种高速公路沥青路面典型结构,即高速公路半刚性基层沥青路面、柔性基层沥青路面,进行了加速加载试验,分析比较了两种结构在抗车辙和抗疲劳性能方面的衰变规律与差异.试验结果表明,两种路面结构在疲劳特性方面并无明显差异,在抗车辙性能方面,半刚性基层结构优于柔性基层结构.通过路面加速加载试验及其结论,为优化高速公路路面结构设计、确定合理的结构组合提供有力的参考.     

基于车辙量预估的路面设计方案比选

车辙是影响重载地区沥青路面使用性能的主要病害,对路面车辙量进行科学合理的预估,进而根据车辙预估量,调整路面结构,形成基于车辙预估量的路面设计方法,具有重要的意义。以阳蟒高速公路沥青路面设计为例,针对柔性基层和半刚性基层两种路面结构进行了车辙量预估,预估结果表明,柔性基层车辙量要明显小于半刚性基层,为车辙预估模型的建立与路面结构的选择提供了借鉴。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备, 检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应, 分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力, 研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响, 分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型, 在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明: 在行车荷载作用下, 面层底部应变响应呈拉压应变交变状态; 在中等试验温度条件下, 面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加, 土基顶竖向压应力呈单向应力状态, 且随轴重增加而增大; 车速显著影响面层底部应变响应, 但对竖向压应力影响不大, 仅影响应力的脉冲持续时间; 随车速增加, 应力脉冲时间缩短, 面层底部应变响应减小; 重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重, 但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

车辙预估模型的开发与验证

本文利用粘弹性理论,在VESYS模型假定的基础上,结合实验室结构层永久变形定律,研究开发了两种车辙预估模型,建立了模型参数间的相关关系,依据野外实测值标定模型参数,从而克服了模型参数确定的局限性,并以广东惠州实验路为依托工程对预估结果进行了验证。     

基于半刚性沥青路面混合料的疲劳和断裂分析

分析了半刚性渐青路面在重复荷载作用下产生的疲劳和开裂，提出了作用应变对沥青混合料的疲劳性质的重要性。从实验室的研究资料表明，沥青和集料两的性质都影响着混合料的疲劳特性。集料级配，混合料密度和沥青的流变性质对达到破坏的荷载重复次数都有一定影响。用应力控制方法时，疲劳寿命随着混合料劲率的增加而增加。但是，用应变控制方法时观测到的却是相反的趋势，即疲劳寿命随着劲度的增加而减小。结合半刚性沥青路面混合料的疲劳和断裂进行了阐述，并预估其在正常使用下的疲劳寿命。以提高疲劳强度，延长路面使用年限，为路面设计提供参考。     

冷再生疲劳预估模型的研究

以梁式试件三分点加载弯曲疲劳试验得到的疲劳方程为基础,将材料的容许拉应力引入方程,代替原方程中的参数应力比S,建立σR-logN方程。并通过此疲劳方程对冷再生基层混合料的疲劳性能简要分析。     

足尺路面加速加载设备MLS66在辽宁省的应用

介绍了足尺加速加载设备MLS66的加载方式、组成、性能以及基于MLS66性能特点的加速加载试验方案设计方法。以钢桥面铺装加速加载试验和微表处加速加载试验为例,介绍了MLS66在辽宁省的应用情况。根据两年来辽宁省采用MLS66开展加速加载试验的情况,认为MLS66是一种加载效率高、与实际行车荷载作用接近的加速加载设备,已获得的研究成果对于评价辽宁省沥青路面结构的使用性能、改善路面结构设计等方面都具有重要的参考价值。     

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.      

路面加速加载试验设备控制系统的研究

详细介绍了路面加速加载试验设备的主控制系统及数据采集系统。该控制系统自动化程度高、人机界面友好、稳定性好,可以在线检测工作温度、环境温度、压力及速度等参数,并能够实时显示、存储、打印。运行结果表明,系统安装、维护方便,操作简单,测量精度高,运行可靠。     

重复荷载作用下砂土永久变形预估模型

为预估路基的永久变形, 在万能材料试验机上对砂土进行了重复加载动三轴试验, 得到了砂土永久变形的发展曲线, 建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式, 使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式, 并对回归公式进行了可靠性分析。当荷载作用次数为10000次时, 现有路基土永久变形模型预估结果与试验结果相对误差最小为52%, 最大高达376%;而系数与含水量和回弹模量之间的回归公式相关系数最小值为0.31, 平均值为0.41, 大于临界值0.28, 试验曲线与理论曲线相关系数大于0.99。分析结果表明: 建立的砂土永久变形预估公式可靠性较高, 而现有预估模型不适用于砂土。     

基于足尺加速加载试验的地震波模量变化规律

为了解沥青路面的模量衰变特性,基于行车荷载模拟系统(MLS66),在实际路面上进行了足尺加速加载试验;并使用便携式路面分析仪(PSPA),对试验区域的地震波模量进行了测量。试验结果表明：沥青路面的地震波模量与荷载作用次数的关系曲线呈现3个阶段(①模量-荷载作用次数呈线性关系;②出现加速衰减;③趋于稳定)。荷载的间歇作用有利于地震波模量的恢复,间歇时间越长,模量恢复百分比越高,但恢复速率降低。模量衰减不限于加速加载区域,对加速加载方向前、后的影响要大于两侧的。得出了沥青路面模量的衰变规律。在常温状态下,地震波模量与路面性能在荷载作用下具有一致性。     

沥青路面疲劳当量温度计算方法研究

我国现行沥青路面设计规范以15℃作为测定沥青混合料疲劳性能的试验温度,忽略了地区之间存在明显的温度差异。根据路面弹性力学层状理论,对控制应力与应变两种疲劳加载模式进行分析,讨论了适用于路面实际疲劳状况的加载模式。分析了影响沥青路面疲劳寿命的因素,并采用SHELL方法,根据Miner法则计算疲劳当量温度,提出了日疲劳当量温度的计算公式,计算了我国8地区的年疲劳当量温度,讨论了不同地区疲劳当量温度的取值范围和取值方法。此研究结果为提高路面结构分析精度提供了可靠的温度参数依据。