水和超载对混凝土板沥青层间剪切疲劳寿命的影响

为弥补水泥混凝土板沥青铺装层间剪切疲劳寿命设计方法的不足,通过不同水环境、正压力条件下沥青混凝土及其与水泥混凝土板层间的抗剪强度和剪切疲劳试验,结合水泥混凝土板沥青铺装结构的三维有限元计算,探讨了水和超载对水泥混凝土板沥青铺装层间剪切疲劳寿命的影响。利用自行研制的可施加正压力的剪切试验仪,测试了2种水环境(无水和浸水)和3个正压力(0.3,0.5,0.7MPa)下沥青混凝土及其与水泥混凝土板层间抗剪强度,并进行了2种水环境、2个正压力(0.5,0.7 MPa)和4个剪切应力比(0.4,0.5,0.6,0.7)下沥青混凝土及其层间剪切疲劳试验。在此基础上,结合复合式路面结构的三维有限元计算,对比分析了不同水环境、垂直和水平荷载下沥青铺装层及其层间剪切疲劳寿命。研究结果表明:沥青混凝土和层间剪切疲劳寿命均与剪切应力比具有良好的双对数线性关系,剪切疲劳特性参数与材料特性、环境因素、交通荷载和沥青铺装结构等有关;层间抗剪强度和剪切疲劳寿命均低于沥青铺装材料的抗剪强度和剪切疲劳寿命,层间剪切破坏沿混凝土板表面发生;浸水导致层间剪切疲劳寿命降低85%以上,水平力和超压作用缩短层间剪切疲劳寿命45%以上,浸水比交通荷载的影响更大。     

微表处沥青混合料斜剪试验研究

采用新型45°斜剪试验研究在不同加载速率、不同界面状态、不同温度和水的影响下SBR改性乳化沥青微表处混合料的抗剪性能,阐释不同温度下微表处的剪切破坏形式,分析黏层油、泥土和水对微表处抗剪强度的影响效果。结果表明：微表处加载速率越快,抗剪强度越高;微表处在常温环境下的剪切破坏形式主要为层间剪切破坏,在高温环境下的破坏形式主要为自身剪切破坏;当原路面表面粗糙时,洒布黏层油对层间抗剪强度的增加贡献不大,泥水会降低微表处的层间抗剪强度;水的浸泡会损害微表处的层间抗剪强度,洒布黏层油能有效提高微表处与原路面界面的抗水损害性能。     

基于主应力分析的高模量基层沥青路面破损机理研究

利用均匀设计安排参数组合对高模量基层路面结构应力分布进行了有限元计算,并利用莫尔圆分析了高模量基层路面结构中不同深度的应力状态,重点对比了不同位置不同深度各点的主应力组成方式,并观察到高模量基层路面表层各点的主应力组成方式出现拉-压复合剪切现象。认为:(1)拉-压复合剪切状态的存在,使得路面在疲劳荷载作用下,有两种接近路面材料临界物态线的方式,拉-压复合剪切状态是不同温度下TOP-DOWN裂纹与车辙破坏的重要诱因之一,疲劳状态下各点主应力组成方式不同,对路面结构的疲劳寿命有重大影响;(2)莫尔包络线可以简化为由内聚力c和抗拉强度σt控制。未来,高温条件下的内聚力c和抗拉强度σt有可能作为路面材料拉剪疲劳控制指标。     

高海拔深厚覆盖层库区公路变形破坏特征及防治措施研究

2018年强降雨诱发西藏高海拔深厚覆盖层库区公路变形破坏,加之库水的浪蚀作用,使深厚覆盖层库区公路路基变形破坏加剧.现场调查研究得出,库区公路变形破坏区域主要分为坡顶拉张区、临水面淘蚀区和坡内剪切-滑移区,变形破坏过程包括路面裂隙孕育阶段、路面裂隙加剧阶段和路基剪切-滑移阶段,整个库区公路以拉张-剪切破坏为主.以此为依...     

基于剪切弹性柔量的基-面层间接触状态及路面力学响应分析

为研究半刚性基层与沥青面层的层间接触状态对路面结构力学响应和疲劳寿命的影响,选取典型半刚性基层沥青路面结构,采用Bisar3.0软件中的剪切弹性柔量参数AK作为基-面层层间接触状态的评价指标进行路面结构力学计算,分析不同层间接触状态下沥青路面结构的应力、应变、弯沉等力学指标的变化规律,并计算了层间不同接触状态下路面结构的疲劳寿命.结果显示:剪切弹性柔量可以较好的表征基-面层层间接触状态;弯拉应力和剪应力受基-面层间接触状态的影响较大,当基-面层间接触状态由连续变为滑动时,沥青层底弯拉应力的涨幅为528.25％,沥青层底剪应力的涨幅为157.3％,而弯沉受基-面层间接触状态的影响较小;基-面层间保持连续的接触状态可以提高层间抗剪切能力,延长路面的使用寿命.     

基于层间剪切疲劳等效的沥青路面轴载换算研究

层间剪切疲劳是沥青路面主要破坏形式之一,针对现有的沥青路面设计方法对层间剪切疲劳问题涉及较少,依照沥青路面轴载换算思想,通过选取三种不同沥青路面结构形式,采用BISAR程序计算得出路面结构层间剪应力,回归分析了荷载换算指数,并结合层间剪切疲劳方程,计算得出基于层间剪切疲劳等效的沥青路面轴载换算指数。结果表明:对于相同路面结构,在轴载相同条件下,胎压对层间剪应力影响较小;选取的半刚性基层、柔性基层和混合基层三种沥青路面结构,层间剪应力轴载换算指数比较接近,且大于现行沥青路面弯沉轴载换算指数。     

重载交通下交叉口路段沥青路面结构抗剪强度研究

为了研究重载交通下交叉口路段沥青路面结构抗剪强度指标,采用ANSYS有限元计算软件分析了不同月份下重载对交叉口路段剪应力、剪应变的影响,并给出了交叉口路段抗剪强度指标的确定方法。结果表明,路面结构在高温、重载作用下更容易受到剪切破坏,且高温对剪应变的影响显著大于剪应力;交叉口路段容许抗剪强度随轴载的增加而增加;中面层要求的容许抗剪强度最大,与剪应力分析时中面层所受到的剪应力最大相对应;在进行路面结构设计时,不能单一的将沥青层视为整体确定其容许抗剪强度,这样往往会造成某一层位出现早期的剪切破坏或材料性能的浪费。     

基于疲劳损伤的沥青路面设计温度及预估模型研究

针对沥青路面结构必须控制的疲劳破坏形式,以沥青层层底拉应变作为控制沥青路面疲劳开裂的指标。通过实测沥青面层层底最大拉应变与路面结构不同深度处路面温度的相关性分析,确定了沥青路面疲劳损伤的设计温度,提出了以沥青层中间温度作为沥青路面疲劳开裂分析的设计温度和试验条件。通过实测永久性沥青路面试验路每小时的路面温度和气象数据,分析了沥青层中间温度的分布规律,对沥青层中间温度与气温、路面深度之间的相关关系进行了计算分析,建立了沥青层中间温度的预估模型。结果表明,沥青路面应变响应与温度密切相关,随着路面温度的升高,沥青层底拉应变增大;沥青层中间深度处温度与沥青层底拉应变相关性最高,采用沥青层中间深度处温度能较好地评价路面结构的抗疲劳性能。     

基层类型及龄期对层间剪切破坏的影响研究

水泥混凝土路面面板由于基层类型及基层龄期的不同,会出现不同程度的开裂破坏。对此,选择2种基层类型与3个龄期进行层间剪切方式研究。结果表明,2种基层类型是初始剪切破坏强度和复位剪切破坏强度的显著因子,3个基层龄期是初始剪切破坏强度和复位剪切破坏强度的不显著因子,改善基层类型能较好地改善层间抗剪切破坏能力。     

季冻区路面混凝土界面区劣化行为及与强度相关性

为了揭示季冻区路面混凝土界面区在自然环境与车辆荷载耦合作用下的劣化机理,以及界面区劣化对路面耐久性的影响,通过室内设计普通交通环境和超载条件下的荷载-冻融-干湿循环三场耦合试验模拟路面水泥混凝土实际工作环境,并与普通交通条件下的疲劳荷载单因素试验及荷载-冻融双场耦合试验进行对比,以探求季冻区路面混凝土界面区劣化的主要影响因素;采用扫描电镜观测和X射线能谱分析分别测定在混凝土处于不同耦合作用阶段的界面区细观结构、钙硅比变化;采用静态弯拉强度试验测定三场耦合下各阶段的混凝土力学性能,并采用多元回归分析方法揭示路面混凝土界面区劣化行为与混凝土强度的相关性。结果表明：季冻区路面混凝土运营时,车辆荷载主要引起混凝土界面区沿原生微裂缝的局部损坏;冻融循环伴随干湿交替的环境作用促使裂缝在各方向蔓延形成大片缺陷,且该界面区劣化行为是物理-化学过程。主要表现为,路面混凝土的抗弯拉强度呈下降趋势;界面区大量裂缝交叉贯通,密实度显著降低,氢氧化钙结晶析出;超载情况下,疲劳寿命急剧缩短,且界面区内部微裂纹的宽度显著增大。混凝土疲劳破坏时,界面区临界损伤阈值为：界面区宽度为70 μm;密实度为50.96%~54.25%;微裂缝最大长度在24.48~26.04 μm之间;微裂缝最大宽度在11.73~15.72 μm之间。可利用多元线性回归方程描述混凝土强度与界面区结构缺陷之间的定量关系,各结构参数对强度影响程度从大到小依次为：密实度、裂纹宽度、裂纹长度。     

沥青路面磨耗层与下卧层组合结构力学行为分析

路面结构的层间状态在服役过程中受到各种因素的影响会发生改变,层间结合状态的改变对路面结构的力学行为会产生很大的影响。该文通过组合结构试验与数值分析,探究不同磨耗层与下卧层组合结构在不同应力和黏结状态下的力学行为。作为对比分析,试验考虑3种目前常用的沥青路面磨耗层（面层）材料：AC-13、OGFC-13和SMA-13。试验结果表明：不同组合结构由于材料特性的差异表现出不同的层间黏结性能与疲劳特性;与AC-13+AC-20组合结构相比,OGFC-13+AC-20和SMA-13+AC-20的抗剪切疲劳性能较强,但是抗弯拉疲劳性能较弱。层间压-剪破坏主要发生在层间界面和界面过渡区,可以观察到材料空隙结构的压缩与黏结界面的嵌挤变形;局部界面会有集料在挤压和剪切过程中破坏,随着界面剪切变形和滑移。弯拉应力作用下组合结构的疲劳破坏行为与压-剪应力作用下明显不同,材料特性的差异对其抗弯拉变形能力有显著影响,且疲劳失效形态受到层间黏结与接触咬合状态的影响;随着材料损伤的开展,裂缝由组合梁试件底部沿着集料周边向上开展,到层间界面时会沿着界面向两侧横向开展造成局部脱黏,随后再向上开展直到组合结构试件失效。     

用真实应力比表征的老化沥青混合料疲劳性能

为了弥补现行沥青路面设计规范在利用传统疲劳方程进行疲劳设计时的不足,通过对沥青混合料进行不同程度的长期老化试验模拟了路面实际的老化程度。通过不同加载速率下的沥青混合料强度试验,揭示了强度随加载速率的变化规律。基于不同加载速率下的强度值,得到了与疲劳加载速率对应的疲劳真实应力比,建立了基于名义应力比和真实应力比的沥青混合料疲劳方程。基于名义应力比的疲劳方程曲线后延后与横坐标的交点远比1大,不具有后延性,而基于真实应力比的疲劳方程曲线可以后延到疲劳寿命为1的强度破坏点,统一了强度破坏与疲劳破坏的内在联系。建立了基于真实应力比的老化沥青混合料疲劳方程,疲劳方程曲线均通过(1,1)点。研究结果可为沥青路面设计时考虑老化效应的影响和抗拉强度结构系数的正确计算提供理论方法和依据。     

沥青混凝土路面层间推移破坏的研究分析

通过对沥青混凝土路面推移破坏进行的实地调查 ,应用路面计算软件 BISAR计算了路面层间的剪应力 ,采用路面材料剪切仪进行了室内的层间剪切试验 ,研究了沥青混凝土路面的层间抗剪切能力 ,分析了导致路面结构层层间推移的主要原因 ,并提出了相应的解决措施     

PCMA防水粘结层在汕梅高速公路中的应用

改性沥青防水粘结层存在抗剪切强度低、施工工艺复杂、需要撒布碎石等不足.为此,开发了新型防水粘结层-高分子沥青基防水粘结层（简称PCMA）,该材料具有抗剪切强度高、施工方便和不需要撒布碎石等优点.为了验证PCMA的实际应用效果,在汕梅高速公路水泥混凝土路面大修工程中进行了试验路施工.根据试验路的现场检测结果表明：PCMA的剪切强度、拉拔强度和疲劳寿命均明显高于常规防水粘结层,对于提高刚柔复合结构的使用寿命具有重要的应用价值.     

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。     

关于沥青路面设计抗剪强度指标的研究及应用

由于高温、重载、车轮水平和垂直荷载的综合作用,导致沥青路面在交叉口等许多特殊路段出现拥抱、推移和车辙等剪切损害。抗剪强度指标的确立和应用具有非常迫切的意义。本文通过分析沥青路面的剪切破坏类型,以及路面结构类型、结构层厚度、温度、水平力系数和重载对沥青层剪应力的影响,给出了抗剪强度指标的设计和应用方法,提出针对不同的破坏模式应通过不同的途径解决路面剪切损坏问题。     

钢桥面STC铺装结构防水粘结方案优化研究

为减少STC铺装结构与沥青混凝土因层间抗剪切能力差而引起路面车辙、推移等病害,采用室内试验的方法,分别分析了6种防水粘结层方案的组合结构性能.试验结果表明:1)防水粘结剂与STC铺装界面的粘结强度、组合结构粘结强度及其剪切强度均随温度的升高而降低;2)相同温度下,环氧树脂粘结剂的粘结强度和剪切强度最大,改性乳化沥青+高...     

高抗折强度路面混凝土疲劳性能研究

通过室内试验研究了不同种类高抗折强度路面混凝土的疲劳性能,并在相同应力水平以及相同荷载作用下与不同类型混凝土的疲劳性能进行了对比分析。结果表明：高抗折强度路面混凝土疲劳性能明显优于普通路面混凝土和高性能路面混凝土：加入掺合料后进一步改善了高抗折强度路面混凝土的疲劳性能.延长了使用寿命。     

水泥混凝土路面开裂过程研究

水泥混凝土路面在低应力水平状态下开裂破坏的问题非常突出。该文应用断裂力学、损伤力学和路面疲劳破坏的基本原理，重点对水泥混凝土路面的开裂过程进行分析，提出了混凝土路面开裂破坏的3个阶段及其之间的关系，并阐述各个阶段裂纹形成和板断裂破坏的原因及机理，为路面抗裂研究提供依据。     

钢-混凝土组合梁疲劳性能试验研究

为研究以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳破坏机理及疲劳损伤过程,制作3根钢-混凝土组合梁试件进行疲劳试验,研究组合梁在疲劳荷载作用下的破坏过程、挠度以及混凝土和栓钉应变的变化规律。结果表明:钢-混凝土组合梁的疲劳寿命对疲劳荷载相当敏感,疲劳荷载幅及荷载峰值都会显著影响组合梁的疲劳寿命;以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳损伤可以分为3个阶段,第1阶段,部分剪力较大的栓钉发生疲劳损伤,但栓钉群的整体抗剪性能无显著变化,组合梁的挠度无显著变化,第2阶段,随着疲劳荷载持续作用,部分栓钉发生严重疲劳损伤甚至断裂,栓钉群的抗剪性能劣化,组合梁的挠度明显增加,第3阶段,大部分栓钉被剪断,钢梁与混凝土板退出协同工作模式。