基于疲劳寿命的对复合式基层沥青路面再思考

复合式基层沥青路面是一种新型的沥青路面结构型式。选取我国常见的半刚性基层沥青路面作为比照,以壳牌路面设计软件Bisar3.0全面计算两类典型路面的力学响应,据此基于疲劳寿命理论,采用我国现行沥青路面设计方法中推荐的疲劳方程,针对层间完全连续与层间不完全连续两种接触条件,得出两种疲劳指标控制模式下两类路面的相对寿命长短,从理论上进一步提示两类路面的破坏根源。结果表明层间不完全连续使结构受拉区扩大;复合式路面结构的弯拉水平明显低于半刚性路面;当以两种指标控制疲劳寿命时,复合式路面的疲劳寿命均高于半刚性路面;复合式路面的基层寿命高,可将破坏控制在表面,半刚性路面则由于基层寿命低而容易产生结构性损坏。     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

耐久性基层沥青路面结构比选研究

以某新建公路工程为背景,运用ABAQUS软件建立路面结构三维模型,针对工程初步设计供选的三种耐久性基层沥青路面结构进行力学响应和疲劳寿命对比分析,得出以下结论:①RCC基层、加强型半刚性基层路面结构的路表弯沉峰值较于倒装式半刚性基层路面要小,故该路面结构的承载能力更优;②RCC基层、加强型半刚性基层和倒装式半刚性基层路面结构的沥青层层底拉应变差距较小,故均具有良好的抗疲劳损伤性能和使用性能;③倒装式半刚性基层路面结构的沥青下面层层底拉应力峰值较小,故抗拉开裂性能较优;④RCC基层沥青路面结构的半刚性基层和底基层的层底拉应力以及疲劳寿命较于其余两种路面结构要小,故RCC基层沥青路面结构的抗疲劳能力、抗拉压性能较优;⑤三种路面结构中RCC基层的各项性能较优,故工程路面结构推荐RCC基层。     

混合式基层沥青路面结构应力、应变特性及经济性分析

基于我国沥青路面设计理论及标准,拟定了3种混合式基层、一种典型半刚性基层与一种典型柔性基层共5种沥青路面结构,利用BISAR3.0程序对5种结构进行力学计算分析。主要针对5种路面结构的沥青层内最大拉应力、最大拉应变、路基顶面压应变、路表弯沉等力学指标进行深入对比分析,并根据疲劳寿命对各类基层进行了经济性分析。数据分析结果表明：通过合理的设计,混合式基层结构在力学性能上可以较典型半刚性基层和柔性基层结构更加优秀,虽然从单价上来讲,经济性能上不如半刚性基层,但考虑路面疲劳寿命性价的话,采用沥青稳定碎石作为上基层的混合式基层可以优于半刚性基层,这为今混合式基层沥青路面结构的应用推广提供了重要的参考。     

城市道路沥青路面结构力学响应分析

针对济南市城市道路常用的三种主要沥青路面结构形式,半刚性基层、复合式基层及柔性基层路面结构,该文采用壳牌设计软件BISAR 3.0计算三种结构沥青路面的应力、应变响应,对各自受力不利形式及空间位置进行对比分析.通过比较,证明:从力学角度分析,复合式基层沥青路面在各项力学性能均优于半刚性基层沥青路面及柔性基层沥青路面,推...     

半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性研究

针对半刚性材料作为长寿命沥青路面基层使用问题,通过拟定典型路面,采用BISAB3.0计算了不同沥青层厚度下半刚性基层沥青路面的承载能力和疲劳寿命,分析了沥青层加厚对半刚性基层的基层应力和半刚性材料干缩、温缩的影响,研究了半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性.结果表明:相同荷载作用下,沥青层厚度增加,半刚性基层层顶压应力和层底拉应力明显减小,基层疲劳寿命大幅提高;半刚性基层受温度、水等外界因素影响明显减弱,半刚性基层的开裂、冲刷和路面反射裂缝等问题得以有效控制.     

复合式基层长寿命沥青路面设计指标和设计标准研究

通过分析高速公路半刚性基层路面结构,应用国外长寿命路面设计理念,提出复合式基层长寿命沥青路面结构的力学设计指标;通过借鉴国内外相关参数的研究成果,进行参数修正,提出了适合复合式基层长寿命沥青路面结构的设计标准。该研究成果对中国长寿命路面结构设计有一定的指导意义。     

全厚式沥青路面层间接触状态数值模拟

路面各层间的接触状态直接影响着路面的使用性能.通过有限元仿真模拟全厚式沥青路面不同的层间接触状态,并采用路表弯沉、沥青层底拉应变以及土基顶压应变3大指标分析其对路面寿命的影响.计算结果表明,对于全厚式路面来说,基层与底基层之间保持连续比面层与基层之间保持连续更为重要.根据路表弯沉计算最大路面寿命,若沥青稳定基层与底基层之间是不连续的,则其路面寿命由沥青层底拉应变决定;反之,路面寿命则由土基顶压应变决定.     

层间接触位置和状态对沥青路面力学指标的影响

为研究沥青路面层间接触位置和接触状态对路面结构内力学指标的影响,选择典型的高速公路半刚性基层路面结构,利用BISAR3.0软件计算分析不同层间接触位置时的路面力学指标,并探讨不同基面层接触状态下沥青路面力学响应和疲劳寿命的变化规律。结果表明:面层与面层、面层与基层、基层与底基层之间在完全光滑时对拉应力、拉应变、剪应力影响显著,弯沉受层间接触位置的影响变化不大;随着基面层间滑动系数的增加,路面结构内的应力、应变逐渐增大,在完全滑动时下面层底的拉应力、剪应力和拉应变分别是完全连续时的2.93倍、2.45倍和69.36倍;在基面层间滑动系数小于0.6时沥青路面的疲劳寿命降幅较小,随后降幅逐渐增大,当基面层间完全光滑时,疲劳寿命较完全连续时下降44.5%。     

设ATPB的半刚性基层沥青路面结构疲劳特性分析

采用断裂力学方法给出了设沥青稳定排水基层（ATPB）的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端应力场和位移场,进而推导出了裂缝尖端的应力强度因子计算公式;利用有限元法分别计算了半刚性基层沥青路面结构和设ATPB的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端的应力强度因子,并利用Paris公式预估了这2种路面结构的疲劳寿命。结果表明：设ATPB可明显提高半刚性基层沥青路面结构疲劳寿命,具有延缓和抑制半刚性基层沥青路面结构反射裂缝的作用。     

沥青路面中双层半刚性基层的倒装效应

为探讨具有2层半刚性基层的沥青路面中半刚性基层的结构组合与材料选择原则,采用BISAR3.0对常用的具有2层半刚性基层的沥青路面结构及其基层倒装后的沥青路面结构进行了荷载效应分析;并成型了由2层不同半刚性材料构成的复合梁式试件,通过进行四点弯曲强度试验和四点弯曲疲劳试验对比了这两种结构的强度和疲劳寿命。结果表明:常用结构的下半刚性层所受拉应力、拉应变大于上半刚性层,路面结构的疲劳寿命取决于下基层;通常将性能稍差的材料用于下层,而性能较好的材料用于上层的结构组合原则与结构的水平应力状态不吻合;将其倒装后,性能较好的材料承受较大的拉应力,而性能较差的材料承受较小的拉应力,特别是当下层的模量大于上层模量的3倍时,上半刚性层会处于受压状态,这样就可以充分发挥各层材料的性能,且提高整个结构的抗裂性能;结构分析和试验均表明倒装结构的承载能力和抗疲劳性能均有显著提高;在进行半刚性基层的结构组合与材料设计时,应该根据结构层的水平拉应力状态进行结构组合与材料设计。     

级配碎石复合式基层沥青路面力学响应研究

级配碎石复合式基层沥青路面结构能够有效解决半刚性基层所存在的病害问题。为了了解落锤式弯沉仪(FWD)作用下沥青路面的动力响应特性,采用ABAQUS软件建立两种路面结构有限元模型,分析了复合式路面结构与半刚性基层路面的差异,并研究了不同路面结构参数条件下的各结构层特征及其影响相关性。结果表明:在相同路面结构条件下,通过数值模拟分析得到的路表弯沉数值与路面实测结果的趋势是一致的,具有很高的相关性;采用级配碎石基层替代部分水泥稳定碎石,在一定程度上削弱了路面结构的整体刚度和抗疲劳性能;对路面结构进行半正弦曲线加载,路表弯沉随时间的变化存在一定的滞后现象,结构层厚度和回弹模量对路表弯沉具有重要影响;结构参数对面层层底最大拉应变的影响程度大小为:水泥稳定碎石回弹模量沥青面层厚度水泥稳定碎石厚度沥青面层模量。     

半柔性材料用于长寿命沥青路面基层适用性研究

通过拟定典型路面结构,并假设层间连续,采用BISAR3.0计算了不同基层厚度下半刚性基层长寿命沥青路面和半柔性基层长寿命沥青路面的受力状态,分析了半柔性和半刚性材料的温缩性能,研究了半柔性材料用于长寿命沥青路面基层的适用性,结果表明半柔性基层长寿命沥青路面对重载有良好的适应性。     

半刚性基层长寿命沥青路面结构设计指标研究

为了研究国外基于柔性结构提出的长寿命路面设计指标是否适合我国半刚性基层结构的设计,本文采用BISAR3.0程序对我国典型半刚性基层结构和国外典型柔性结构进行了拉应力、拉应变和竖向压应变分析。结果显示,半刚性基层结构内应力、应变分布与柔性结构有较大的差异,故建议在我国半刚性基层长寿命路面设计时,应采取沥青层内最大拉应变、半刚性基层底最大拉应力、土基顶面压应变作为设计验算指标,且基顶压应变值应小于国外提出的200με。     

高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究

为了修筑更具耐久性的半刚性基层长寿命沥青路面,探究高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面应用的合理性及可行性,采用弹性层状体系模型分析了不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。进而通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验,评价了高模量沥青混凝土的抗疲劳特性,采用累积耗散能指标将其与表面层材料进行了比较。结果表明:对于薄面层的半刚性基层沥青路面,当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时,沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变,沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险;随着下面层模量的增加,沥青面层底部的剪应力略有增加,而最大剪应力均值有所减小,有利于改善沥青下面层的抗剪能力;不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别,而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一,20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能;在半刚性基层长寿命沥青路面中,下面层使用高模量沥青混凝土可以改善路面的抗车辙和抗疲劳性能,为实体工程建设提供一定的参考依据。     

动载作用下半刚性基层沥青路面应变响应的演化规律

为了研究现实车载作用下半刚性基层沥青路面动力响应的规律,为耐久性路面的设计提供基础数据,在修筑的试验路沥青面层、水泥稳定碎石基层及底基层的底部埋设大量光纤光栅应变及温度传感器,测试并分析了半刚性基层沥青路面在不同路面结构、不同层位、不同轴载、不同行车速度下的瞬时应变行为。研究结果表明:3种路面结构表现出相似的动载响应情况,结构1采用大厚度半刚性层,刚度逐渐过渡,即使在超重慢速不利条件下,整体结构应变水平很低;路面内部受拉响应最大层位为中面层,其次为半刚性层;中面层对动载响应敏感,尤其是轴载引起的变化较大,半刚性层底拉应变在慢速交通下与轴载有很好的线性相关关系。     

沥青路面半刚性基层开裂的弯沉特性及判别

针对沥青路面半刚性基层是否出现开裂的问题,建立了路面结构的三维力学模型,采用有限元方法,分析了半刚性基层和沥青路面均出现开裂、半刚性基层未开裂但沥青路面开裂的弯沉和弯沉盆变化特性,比较了半刚性基层和沥青路面均出现开裂时与半刚性基层未开裂但沥青路面开裂时路面弯沉盆的差异,结果表明,沥青路面面层和基层均出现开裂,路面裂缝传荷效率LTE最小和弯沉盆最大斜率km最大。因此,此两参数可用于判别沥青路面半刚性基层是否开裂。     

轴限对路面厚度设计的影响

根据不同的路面结构--刚性路面、半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面,分别采用临界荷位的板底拉应力、半刚性基层底部拉应力和土基顶面压应变作为控制指标,分析不同轴限对道路路面设计厚度的影响,得出了路面增加厚度与轴限的关系曲线.并计算了不同轴限下所需增加的道路建设费用,为轴限方案的比较提供了依据.     

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.     

透水沥青路面结构力学性能浅析

基于国内常用的透水路面结构形式,采用APBIH97软件计算了不同类型透水路面结构的半刚性基层层底拉应力、土基顶面压应变。分析结果表明:对于交通荷载轻、交通量小的机动车道,在进行力学分析验证的基础上,可采用半透式沥青路面结构及双层基层全透式沥青路面结构。其成果可为透水路面结构方案的设计提供参考。