低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面结构力学分析

针对低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面,选择我国当前高速公路和干线公路半刚性基层沥青路面典型结构型式,采用弹性层状体系力学分析软件Bisar3．0分析计算路面结构层底拉应力,并考虑基层厚度和模量、不同面层厚度对其的影响。计算结果表明：增加底基层厚度对于层底拉应力影响较小,底基层厚度增加10cm,基层层底拉应力仅降低0．023MPa;底基层模量对基层层底拉应力有显著影响,其模量越高,基层层底拉应力就越小;面层厚度对基层层底拉应力影响较大,基层层底拉应力随面层厚度的增加逐渐减小,当面层厚度在18～20cm时,水泥稳定层层底拉应力为0．086～0．082MPa。     

沥青路面路基结构组合优化力学数值探析

采用ABAQUS建立了沥青路面结构的三维有限元模型,对典型沥青路面的动力学特征进行了模拟计算,通过分析路面结构动力响应量和结构参数的关系,获得了两者的正负相关性,并提出了改善路面结构受力状态的有效途径。研究结果表明:面层模量一定时,随基层模量的增加,路表弯沉下降,半刚性路面和组合式路面基层层底应力增加;当基层模量一定时,随面层模量的增加,半刚性路面路表弯沉的变化较小,倒桩式路面和组合式路面路表弯沉变化明显,且组合式路面的基层层底应力明显提高;随基层模量增大,半刚性路面收底基层层底应力变化显著,受面层模量影响较小;当面层模量达到2 000 MPa后,基层模量对倒桩式路面底基层层底应力影响可忽略;面层模量较高时,基层模量和面层模量的增加,组合式路面的底基层底应力减小;随基层厚度的增加,路面各力学响应指标逐渐减小,基层厚度大于40 cm时,通过增加基层厚度来改善路面疲劳开裂效果减弱;基层厚度小于20 cm时,底基层的弯拉应力较大,路面基层为主承重层,承担较大的荷载作用,因而可通过提高基层厚度来抑制弯拉破坏,改善基层受力。     

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度应力状况,利用三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。     

基于有限元分析的沥青路面自振频率研究

利用Abaqus有限元软件建立三维沥青路面结构模型,对沥青路面结构的自振频率进行研究,并采用现场实测与室内试验验证该模型的合理性。以半刚性基层沥青路面为重点,对不同路基路面结构参数进行敏感性分析。结果表明：模型与实测数据之间的误差约为7%,模型合理;典型的半刚性基层沥青路面的自振频率一般在10～20Hz之间;面层和基层的模量变化对沥青路面的自振频率基本无影响,但随着它们厚度的增加,基频有减小趋势,厚度每增加5cm基频减小0.2Hz左右,第2～10阶的自振频率无变化;基频随着垫层模量的增加呈小幅度增加,而随着厚度的增加基频减小,厚度每增加5cm基频减小0.2Hz左右,第2～10阶的自振频率不受结构组合的影响;路基模量对沥青路面的自振频率影响较大,基频和第2～10阶的自振频率均随路基模量的增加而增加,增量2～3Hz/10MPa之间,且路基模量增加时,第2～10阶的自振频率增量比基频增量大0.6Hz左右。     

面层模量对沥青路面结构受力特性影响分析

面层模量是沥青路面结构设计的重要参数。为分析面层模量对沥青路面结构受力特性的影响,采用有限元软件计算各面层模量变化、模量比对典型半刚性基层沥青路面结构层底拉应变、面层内部剪应力、基层层底拉应力和土基顶压应变等力学特性的影响。分析结果表明:各面层模量对沥青路面结构的受力有显著影响,路面结构设计时应综合考虑选择各面层模量及面层之间模量比。     

复合式基层沥青路面结构力学性能分析

为研究复合式基层沥青路面结构力学性能,使得该结构在设计时能更加合理,以内蒙古为例,利用ANSYS有限元分析软件对复合式基层沥青路面结构建立三维有限元模型,分析不同结构参数下路面结构力学指标的变化规律,为复合式基层沥青路面结构设计提供一些建议。研究结果表明:级配碎石层模量每增加100MPa,级配碎石层剪应力增加8.01%,半刚性基层拉应力减少13.78%;本文建议在进行复合式基层沥青路面结构设计时,半刚性基层厚度应大于25cm,级配碎石层模量宜为500MPa。     

不同层间连续状态下沥青路面力学响应

利用ANSYS有限元软件对半刚性基层沥青路面建立三维有限元模型,研究沥青层与基层层间不完全连续状态对沥青路面力学响应的影响,并在层间不连续下研究沥青层及基层参数的变化对力学响应的影响,并基于此对半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。研究表明:沥青层模量每增加200MPa,沥青层拉应变减小12.07%;基层模量每增加400MPa,基层层底拉应力增加13.95%;建议在半刚性基层厚度在32cm以上取值,基层模量控制在3700MPa以下。     

移动荷载作用下长大纵坡沥青路面力学响应分析

为了研究结构层参数对长大纵坡沥青路面结构力学性能和路用性能的影响作用,采用有限元软件建立了移动荷载模型及长大纵坡沥青路面结构三维有限冗模型,分析了移动荷载作用下,面层、基层竖向压应力、最大剪应力、层底拉应力随各结构层厚度、模量及结构层组合的变化规律。结果表明：面层模量的增加在提高路面抗车辙性能的同时会降低其抗疲劳开裂性能;增大基层模量可以提高面层抗疲劳性能,但同时增加了基层层底拉应力,降低了基层抗疲劳性能;对于刚度较大的半刚性基层,面层厚度取低值可以增强长大纵坡沥青路面的抗车辙性能,基层厚度对于路面结构抗车辙性能影响较小;面层与基层模量比值在0．8～1．1范围内变化时,对长大纵坡沥青路面结构受力较为有利。     

基于均匀设计的刚性基层沥青路面破损机理三维有限元分析

利用均匀设计软件对影响沥青路面结构安全性能的参数进行组合,采用有限元方法分析刚性基层路面应力分布情况;利用路面疲劳损伤潜在指数APPDI3D云图及应力状态组合形式研究刚性基层沥青路面结构的破坏模式,在重点分析面层最大APPDI3D对应的主应力组成方式的同时,提出APPDI3D与面层厚度和模量、基层厚度和模量、底基层厚度和模量、路基模量7个因素之间的关系。结果表明,车辙、top-down裂纹为刚性基层沥青路面早期破坏的主要模式;刚性基层沥青路面的应力组成形式为压剪应力、拉剪应力及拉-压复合剪切应力;通过回归分析得到的APPDI3D与7个因素之间的关系能很好地预测拟建路面结构的安全性能,为拟建或在建多面层路面结构设计提供理论依据。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。     

山地城市全透水沥青路面结构力学响应分析

山地城市如重庆,具有纵坡大、降雨多的特点,其全透水沥青路面结构型式与平原地区有所不同.为研究荷载作用下山地城市全透水沥青路面结构力学响应情况,借助有限元方法建立全透水沥青路面结构的三维模型,通过改变基层+蓄水层组合厚度、蓄水层模量及土基模量3个因素,分析弯沉、蓄水层层底拉应力和土基顶面压应变的响应情况.结果 表明土基模量对弯沉有显著影响,基层+蓄水层组合厚度对蓄水层层底拉应力和土基顶面压应变有显著影响,因此,可通过增加基层+蓄水层组合厚度和增大土基模量的方式来提高全透水沥青路面的强度.     

基于多轮叠加效应的A380-800响应深度研究

以飞机荷载引起的附加应力与结构层自重应力的比值等于10%作为飞机荷载响应深度的判定标准,通过建立A380-800的主起落架模型和刚性道面的全宽度模型,采用数值计算来探讨面层模量、基层模量、垫层模量、土基模量、面层厚度、基层厚度、垫层厚度对A380-800响应深度的影响。结果表明:A380-800主起落架构型复杂,叠加效应显著,应将整个主起落架布置于道面进行响应深度的分析;道面结构层参数一定时,随着距土基顶面距离的增加,A380-800的附加应力呈非线性减小;垫层厚度和模量对A380-800响应深度影响甚微,基层厚度和面层模量对A380-800响应深度影响较小,面层厚度和基层模量对A380-800响应深度影响较大,土基模量对A380-800响应深度影响显著。     

海绵城市透水沥青路面结构力学响应分析

为了分析海绵城市透水沥青路面结构力学响应,运用有限元软件ANSYS建立三维有限元路面模型,计算在车辆荷载作用下路面各结构层力学指标的变化规律。结果表明:基层厚度为表层排水型和基层储排水型透水沥青路面最主要影响因素;多孔混凝土层厚度为全透型透水沥青路面最主要影响因素。采用均匀设计方法,通过回归分析得到透水沥青路面各力学指标的计算公式。     

动态荷载作用下橡胶沥青应力吸收层的力学性能

利用ANSYS有限元软件对广西典型沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加动态荷载,研究橡胶沥青应力吸收层结构设计参数的变化对力学指标的影响,以及不同层间接触状态、轴载及车速下路面结构的力学指标变化规律。结果表明:当橡胶沥青应力吸收层厚度在1~5cm之间变化时,厚度每增加2cm,沥青面层层底拉应力增加8.45%,半刚性基层层底拉应力减小6.07%;橡胶沥青应力吸收层动态模量每增加1 000 MPa,面层最大剪应力和层间最大剪应力分别减小6.69%和6.76%。     

温度循环作用下的沥青路面温度应力有限元数值模拟

利用ANSYS有限元软件中热-结构耦合单元,对沥青路面温度应力进行数值模拟。结果表明:沥青面层厚度对面层层底最大温度应力的影响要大于其对路表温度应力的影响;沥青路面路表和面层底的最大温度应力均随着沥青混合料的温缩系数、沥青面层模量和日温差的增大而增大,但路表的最大温度应力随着这3个参数的变化更加明显;半刚性基层的厚度和模量对沥青路面路表和面层底的最大温度应力的影响均有限。     

基于动力特性的典型沥青路面性能评价与结构优化

为研究动态荷载作用下沥青路面的力学特性及其使用性能,以Abaqus有限元软件为平台,建立沥青路面三维有限元动力分析模型,对比分析3种典型沥青路面结构的动力行为特征,进行路面性能评价,并开展沥青路面的结构组合优化分析。研究结果表明:随基层厚度增加,各动力响应量表现为路表弯沉、底基层层底应力和路基顶压应变逐步递减;面层层底应变和层间剪应力逐渐减小,并且随厚度增加,其变化逐渐减弱;当基层厚度20cm,底基层承担较大弯拉应力,随基层厚度增大,基层逐渐成为主要承重层;半刚性路面(S1)整体刚度大,并能较好地抑制沥青层开裂及路基永久变形,倒装式路面(S2)的各项动力力学指标均处于不利状态,组合式路面(S3)的沥青层剪应力指标最优;采用动力指标与结构参数之间的正、负相关性及其显著性分析方法可更直观判别路面结构优化方向,为改善路面受力状态,对S1结构应提高基层厚度、降低面层模量,对S2结构应提高基层厚度,对S3结构应提高基层厚度与面层模量。     

基于交变载荷下沥青路面使用寿命研究

运用断裂力学的相关理论,结合有限元方法,建立含表面裂缝的沥青路面结构三维有限元模型,计算了表面裂缝尖端的应力强度因子,通过分析裂缝的疲劳扩展来预测沥青路面的使用寿命。研究结果表明:表面裂纹形成初期,水平荷载对路面表面裂缝扩展影响较大。裂纹扩展阶段,张开型破坏占裂纹扩展的主导作用;增加面层厚度能有效抑制沥青路层裂缝的扩展;面层厚度增加,基层厚度增加,基层模量增大,面层模量降低,沥青路面疲劳寿命增速越大,疲劳寿命越长,但基层模量增加过大,易导致路面干缩开裂。     

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。     

高等级沥青混凝土路面抗剪性能影响因素研究

运用多层弹性体系理论,以 GAMES 软件为力学分析工具,考虑路面结构层厚度、基面层模量及层间状态等因素,分析沥青路面抗剪性能的变化规律。结果表明：沥青路面剪应力峰值受面层厚度和基层厚度影响不明显,通过增加面层厚度和基层厚度提高路面抗剪性能加重了经济成本,收效甚微;面层内剪应力峰值随基层模量增加而减小,但变化不明显,说明增加基层模量对沥青路面抗剪性能的提高作用不大;上面层与中面层模量比越大,上面层内剪应力峰值越大,且这种影响较为明显;在层间粘结减弱的过程中,面层内最大剪应力峰值随之减小。     

超薄沥青路面面层参数影响分析及合理化取值研究

超薄沥青路面结构是采用较厚的、高强度的半刚性基层和超薄沥青混凝土面层组成的沥青路面结构。由于在高等级公路中应用很少,其力学响应的研究尚属空白。从考察超薄面层模量及组合、面层总厚度及组合对超薄沥青路面结构的各项力学指标的影响入手,通过分析路面材料参数对路面结构整体及局部受力的影响,确定材料参数的影响程度及合理化取值。