荷载作用下路面混凝土的抗折性能研究

文中研究了25%,50%,75%应力水平荷载疲劳作用不同次数下路面混凝土抗折强度的变化规律,同时对其作用下路面混凝土的疲劳寿命进行了研究。结果表明,25%应力水平荷载疲劳作用对路面混凝土的抗折强度基本没有影响。50%,75%应力水平荷载疲劳作用随着应力水平的提高和疲劳作用次数的增多其对路面混凝土抗折强度的影响也越大。荷载应力水平越高路面混凝土的疲劳寿命越短。     

共振碎石化后沥青加铺层应力与疲劳断裂分析

针对共振碎石化后沥青加铺层的反射裂缝防治机理和作为长寿命路面结构的应用问题，使用有限元方法对水泥混凝土路面沥青加铺层和共振碎石化后沥青加铺层的受力特性和疲劳寿命进行了分析，研究了共振碎石化后沥青加铺层在各影响因素下的裂缝尖端应力强度因子和疲劳寿命变化规律。结果表明，共振碎石化技术有效减小了沥青加铺层的层底应力和裂尖应力强度因子，疲劳寿命是水泥混凝土路面直接沥青加铺层的8.75倍，可满足长寿命路面的设计要求。共振碎石化后沥青加铺层的疲劳寿命随面层模量和轴载的增大而递减，随共振结构层模量的增大而先减后增，随面层厚度和车速的增大而递增。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

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。     

UTW路面用混凝土试验研究

对普通混凝土、钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和网状聚丙烯纤维混凝土进行强度性能和疲劳性能的室内对比试验，结果表明：钢纤维和Fibermesh网状聚丙烯纤维对混凝土抗弯拉强度改善明显；掺入三种纤维后提高了混凝土的柔韧性，尤其是网状聚丙烯纤维和单丝纤维，改善效果很明显，这对改善UTW路面应力状况非常有利；网状聚丙烯纤维混凝土在0.65～0.90应力水平范围内，疲劳寿命增长均很明显，而且相对比较稳定，说明网状聚丙烯纤维的增韧作用更加明显，适宜于UTW路面使用。     

废旧塑料改性轻骨料混凝土力学性能及疲劳性能研究

以塑料颗粒替代部分细集料制备轻骨料混凝土,通过试验研究塑料颗粒替代量对轻骨料混凝土力学性能和疲劳性能的影响。试验结果显示:混凝土强度随塑料颗粒替代量的增多呈现先增大后减小的变化规律,当替代量为8%时,强度最大;塑料颗粒能显著改善混凝土的弯曲韧性。塑料颗粒替代量越多,混凝土疲劳寿命越大,由于应力比增长而引起的疲劳寿命衰减越少;循环加载时的总变形随加载次数的增多呈迅速增长、平稳增长和急剧增长3个阶段的变化规律,增大替代量使急剧增长时对应的加载次数明显增多;疲劳寿命与应力比之间有良好的半对数相关性,增大塑料颗粒替代量使疲劳寿命对应力比的敏感性降低。     

碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力分析和开裂预估

将碎石化的结构层分为上部、中部、下部3个部分,对其加铺层应力进行了分析,并对水泥混凝土加铺层的开裂进行了预估。结果表明:在进行碎石化层的水泥混凝土路面结构时,对路面寿命有较大影响的因素有行车道板间及板纵向的传荷能力、碎石化层温度梯度、下部模量、脱空面积以及水泥混凝土加铺层厚度,沥青混凝土夹层厚度、路肩和行车道、摩擦系数对路面结构使用寿命影响非常小,可忽略。在对疲劳开裂进行预估的时候,可以控制载荷疲劳应力的大小以及温度的疲劳应力,防止水泥混凝土路面板产生疲劳开裂,这样水泥混凝土的设计抗拉弯强度就会小于其综合作用力,并给出了疲劳断裂极限状态计算公式及相应的可靠度系数。     

AC＋RCC复合式路面研究

采用有限层元和三维等以元复合有限元方法对沥青混凝土与碾压混凝土复合式路面进行了荷载应力，温度翘曲应力分析，系统研究了沥青层厚对复合式路面中碾压混凝土板的荷载应力，温度梯度和疲劳寿命的影响，提出考虑荷载和温度综合作用的碾压混凝土疲劳并指出复合式路面的设计要点。     

沥青混凝土路面加铺层疲劳寿命分析

为研究沥青混凝土加铺后路面的疲劳寿命,在国内外关于沥青混凝土加铺层的设计方法、材料等基础上进行了广泛研究,采用不同的路面破损控制指标对沥青混凝土路面加铺层的疲劳寿命进行了分析。研究结果表明:以车辙和反射裂缝作为控制指标预估沥青路面加铺层疲劳寿命是可行的。因此,分析路面疲劳寿命时应从路面主要破坏特征入手,分析各个控制指标下路面的使用寿命。     

全厚式高模量沥青混凝土路面结构设计及力学分析

利用路面专用程序PADS计算全厚式高模量、全厚式普通和半刚性基层3种沥青混凝土路面结构厚度;根据弹性层状理论体系,建立了上述3种沥青混凝土路面结构三维有限元模型,对路面结构在荷载作用下的设计层层底应力状态进行对比分析;应用美国MEPDG推荐的沥青混凝土路面永久变形预估方法对沥青混凝土路面结构进行车辙预估,并对其疲劳寿命进行了计算.结果表明,全厚式高模量沥青混凝土路面结构能够有效减薄路面结构厚度,是抗车辙性能及疲劳性能综合最优的路面结构类型.     

路面结构厚度对沥青面层疲劳寿命的影响

为了分析路面不同结构层的厚度对沥青面层疲劳寿命的影响,采用有限元分析软件ANSYS对路面结构受力情况进行模拟,并依据课题组对沥青混凝土疲劳寿命的研究成果,对不同路面结构厚度下沥青面层底面的受力情况和疲劳性能进行分析。结果表明:路面面层底面拉应力随路面结构厚度的增加而不断减小,其减小幅度随路面结构层厚度的增加而减小;面层底面应变随路面结构层厚度的增加不断减小,且减小幅度随路面结构层厚度的增加而减小;面层疲劳寿命随路面结构层厚度的增加而增加。     

交通荷载作用下脱空刚性路面的疲劳损伤机理

开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响。结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅越来越小,路面结构的荷载应力也逐渐减小;随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系。     

脱空耦合下水泥混凝土路面疲劳寿命影响因素分析

基于ANSYS建立板底脱空的水泥混凝土路面力学模型,计算其在不同因素影响下的最大弯拉应力,分析其应力变化规律。然后,再利用公式计算板底脱空水泥混凝土路面不同因素下的疲劳寿命,分析其变化趋势,为水泥混凝土路面板设计及后期维护提出依据。最后,再结合疲劳寿命计算结果,利用层次分析法确定板底脱空状态下影响其疲劳寿命的各个主影响因素所占权重。结果表明:脱空半径对其影响最大,权重占0.483,且脱空半径达到400mm时,随着其他各因素的不利发展,疲劳寿命趋于稳定;温度梯度影响下,各脱空半径影响下的弯拉应力变化规律整体一致;面层模量对疲劳寿命影响相对较小,仅占0.114;面层厚度为300mm时,水泥混凝土路面性价比较高。     

路基含水量对水泥混凝土路面疲劳寿命的影响分析

含水量对路基的回弹模量有显著的影响,而回弹模量是水泥混凝土路面板应力和路面弯沉的重要影响因素。为克服采用线弹性当量回弹模量进行路面结构分析带来的偏差,通过对粉土三轴试验数据拟合,获得了不同含水量下应力相关的非线性回弹模量参数。推导了精确的一致切线刚度矩阵,利用Abaqus用户材料子程序UMAT对应力相关的回弹模量模型进行有限元实现。基于路基-路面协调变形,建立三维有限元分析模型,调用移植的回弹模量模型对典型的水泥混凝土路面结构进行结构分析,获取路基土在不同含水量下的路面结构的应力应变响应,结合水泥混凝土路面的疲劳寿命关系分析路基土含水量对混凝土路面疲劳寿命的影响。研究结果表明:路基土含水量从最佳含水量-3%增加到最佳含水量+3%,回弹模量相应显著减小,路面顶面最大弯沉增加,路面板的板底最大拉应力增加,路面结构的疲劳寿命减少。     

水对沥青混凝土路面疲劳寿命影响初探

在无水和有水两种状态下沥青混凝土路面的单轴压缩疲劳试验结果表明,水对沥青混凝土路面的疲劳寿命影响显著,在两种状态下具有不同的破坏形式。在0.7 M Pa压力作用下,有水状态下沥青混凝土路面疲劳寿命只有无水状态下疲劳寿命的18.7%。     

含半柔性水泥乳化沥青加铺层的路面结构承载力和疲劳寿命研究

在对比分析国内外旧水泥混凝土路面加铺补强结构形式的基础上,分析了半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层、旧水泥混凝土路面对不同路面结构承载力、疲劳寿命的影响。计算结果表明:在旧水泥混凝土路面破损不是很严重的情况下,两种路面结构的半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层均满足路面结构承载力和疲劳寿命指标要求,但考虑综合受力和建造成本因素,宜优先选用结构A,即加铺一层半柔性水泥乳化沥青混合料层和一层沥青混合料面层;当旧路面当量回弹模量相同时,增加沥青层厚度可有效减少各结构层层底拉应力,但在满足承载力和疲劳性能的前提下,并不是沥青层越厚越好。     

水泥混凝土路面的可靠度分析

水泥混凝土路面在设计、施工、管理等过程中存在许多的不确定因素,为了更好地考虑这些不确定性,新版水泥混凝土路面设计规范,以可靠度概念取代了传统的安全系数,从而使路面设计更科学。以影响水泥混凝土路面可靠度的主要结构参数为随机变量,采用疲劳概率分析模型,分析了随机变量的变异性和概率分布,编程计算某公路水泥混凝土路面的可靠度指标。     

掺加玄武岩纤维水泥混凝土路面经济性分析

本文从理论上分析了玄武岩纤维混凝土疲劳特性,对疲劳寿命进行了预测,从路面设计典型案例入手,分析了玄武岩纤维水泥混凝土路面的经济性。     

轮迹重分布可行性试验研究及对沥青混凝土路面疲劳寿命的影响

为了研究轮迹重分布的可行性及对路面疲劳寿命的影响,以上三高速和沪杭甬高速作为试验路,设计了4种轮迹横向干预标线进行现场试验。对干预前后的车辆轮迹数据采用背景差分法MATLAB编程进行数据处理,并将数据导入SPSS统计软件进行频率分析,获得干预前后轮迹横向分布变化规律,并对干预前后的沥青混凝土路面疲劳寿命进行仿真分析。结果表明:在轮迹横向干预条件下,轮迹趋于较均匀分布,干预后沥青混凝土路面疲劳寿命提高了24.6%。