半刚性基层沥青路面层间应变传递试验研究及影响因素分析

为了量化评价半刚性基层沥青路面层间结合效果,通过小尺寸层间结合试验模型,实测得到了同质和异质材料的层间应变传递情况,分析了应变传递的影响因素。结果表明:同质材料层间应变传递效果较好、层间接近连续状态,异质材料层间应变传递效果较差、层间不连续,结构计算时,同质材料层间可以使用连续假设,而异质材料层间建议采用古德曼模型;温度与荷载水平对层间应变传递效果存在显著影响;随着温度的升高,同质或异质材料的层间应变数值和应变差均变大,层间应变传递效果变差;随着荷载水平的增加,同质材料层间应变传递效果逐渐减弱、对层间结合不利,而异质材料层间应变传递效果有所改善、在受压状态下上下层材料更容易协同变形;为了保证理论计算模型更符合工程实际情况,在结构计算时,沥青面层之间、半刚性材料层之间可以使用连续假设,而沥青层与半刚性材料层之间应使用半连续、半滑动假设。     

水平荷载对复合路面沥青加铺层结构的影响

根据实测车轮接地压力简化分布形式,采用ABAQUS有限元软件建立了PCC＋AC复合路面有限元三维分析模型,考虑最不利荷位和水平力系数进行复合路面沥青加铺层力学响应的数值分析。结果表明：与仅考虑垂直荷载的传统分析相比,不同的力学指标对应的最不利荷位不同。考虑水平荷载后各力学响应指标随着水平力系数的增加而快速增大,影响程度从高至低依次是最大拉应力、最大拉应变、接缝两侧的弯沉差、MISES等效应力、最大剪应力;当水平力系数≥0．2时,加铺层中的最大拉应力和拉应变的位置将由层底转到层表（增加“表”字）面,此时加铺层表面比层底更容易产生张拉裂缝。     

车辆荷载和荷位对混凝土桥沥青铺装结构剪应力的影响

为探究车辆荷载和荷位对水泥混凝土桥沥青铺装结构剪应力的影响,采用ANSYS有限元软件,建立了某箱梁中跨桥面系的三维有限元模型,计算了铺装层及层间剪应力的变化规律,并给出了最不利荷位。结果表明:不同荷位下,AC层与CC调平层间的最大剪应力明显大于AC上、下面层和AC层间的最大剪应力,且前者对于荷位变化的敏感性远高于后者。因此,合理控制AC层与CC调平层间的剪切破坏对于避免桥面铺装损坏具有重要意义。     

温度-车辆耦合荷载对沥青路面设计参数的影响分析

为研究温度与车辆荷载耦合作用下沥青路面的力学响应规律及其对设计参数的影响,建立"大粒径级配沥青碎石柔性基层+水泥乳化沥青混凝土联接层"沥青路面的三维有限元模型,分析其在车轮-夏季最不利温度耦合荷载作用下应变及路表弯沉响应。结果表明,温度荷载对路面面层有显著影响,面层温度应变大于车辆荷载应变,最不利温度应变和车辆耦合应变会超出材料的容许应变,沥青路面设计参数分析应考虑温度效应。     

荷载对铺装层应变的影响

通过计算不同荷载大小及位置条件下铺装层中的最大正负应变，分析这些因素对铺装层中顶面应变的影响程度，得到荷载作用的最不利的位置，对荷载大小的影响也进行了计算，得到其影响规律。     

地下道路复合式路面结构力学分析

通过对地下道路复合式路面结构的分析,建立了地下道路沥青砼面层（AC）＋连续配筋砼基层（CRC）复合式路面的有限元分析模型,分别对路表回弹弯沉、沥青层底面弯拉应变（力）、沥青层内及沥青层底最大剪应力、CRC层底荷载应力、路基顶面压应变等力学指标进行分析,进而提出了最佳的复合式路面结构层厚度,使地下复合式路面能更好地适应其使用场所。     

非均布荷载下层间接触条件对桥面沥青铺装层的力学响应分析

通过三维有限元的计算方法，分析非均布荷载，层间接触条件不同时桥面铺装层内的力学响应差异，结果表明在铺装材料和结构的设计中需要考虑非均布荷载的影响。层间接触条件的变化将导致铺装层内的应力应变的重分布，使沥青铺装层处于极其不利的应力状态。     

复合式路面沥青混凝土层压缩量研究

复合式路面结构复杂,上为沥青混凝土层(AC),下为水泥混凝土板(CC).为能够利用FWD对其进行结构评价,采用弹性层状分析程序(BISAR)建立结构模型,从整个设计参数范围、不同层间状态出发,对沥青混凝土层压缩量进行系统研究.结果表明,AC层荷载中心处的压缩量d0主要取决于AC层的厚度与模量,CC板和基层的厚度、模量及其界面情况影响可以忽略不计,由此从不同的层间状态回归出d0与其敏感参数相关的函数关系式,并通过三维有限元计算验证了该关系式是准确可靠的.最终根据此关系式对AC/CC复合式路面剩余寿命进行了预估,从而为复合式路面结构评价及其沥青混凝土加铺层设计提供依据.     

基于Abaqus的旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构的力学研究

依据弹性层状体系理论,采用Abaqus程序建立三维有限元模型,分析旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构的加铺层厚度、模量、地基模量变化,以及采取典型防治反射裂缝措施时接缝处沥青混凝土加铺层底最不利处的荷载应力状态。结果表明:在车辆荷载作用下,加铺层厚度的增加可以显著降低接缝处沥青加铺层底应力;随加铺层模量的增加,接缝处沥青层底应力逐渐增大;地基模量越小,在相同荷载作用下,加铺层内应力及弯沉越大;各种拟采用的防治反射裂缝措施中,7 cm级配沥青碎石辅以3 cm应力吸收层这种组合措施效果最佳。     

长寿命沥青路面剪应力分析

基于陕蒙高速长寿命路面结构组合形式,借助弹性层状体系理论分析了带级配碎石基层的沥青路面各结构层参数变化时,沥青层内最大剪应力及最大剪应力作用方向的变化规律。结果表明:沥青层内最大剪应力峰值的位置与沥青层厚度关系最为密切。当沥青层较薄,其厚度≤11 cm时,最大剪应力出现在沥青层底。当沥青层厚度≥12 cm时,最大剪应力出现在6~7 cm处。沥青层内最大剪应力及其作用方向受沥青层厚度和水平荷载的影响最显著。水平力的作用对7 cm以上路面结构内的最大剪应力影响巨大,水平荷载越大,相应的最大剪应力峰值也越大。分析结果为长寿命路面结构设计提供了理论基础。     

混凝土箱型梁桥桥面铺装最不利荷位分析

桥面铺装问题解决的前提,是明确铺装层结构的受力状态及特点。为了了解水泥混凝土桥的桥面铺装在荷载作用下的力学响应,必须首先确定各种应力应变相对应的桥面最不利荷载位置。采用三维有限元计算方法,利用实测的标准荷载及超载数据,以公路桥中常见的箱型结构梁桥和沥青混合料桥面铺装组成的体系作为分析对象,分析了应力应变值随荷载位置变化的规律,得出了桥面上荷载最不利受力位置。分析的结果可作为进一步分析桥面铺装受力规律的基础。     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究

采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验.以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷我作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型.结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%～30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能.     

基于有限元的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层荷载应力分析

以弹性层状体系理论为基础,采用ANSYS程序建立了经过可靠性验证的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层结构三维有限元模型,分析了车辆荷载、加铺层厚度、材料参数变化及各种典型防止反射裂缝措施对沥青混凝土加铺层底最不利处荷载应力的影响.分析结果表明:增加沥青混凝土加铺层厚度能有效降低加铺层结构层底最大主应力σ1、最大剪应力τmax和等效应力σe;对分析的实例加铺层结构,在铺筑级配沥青碎石过渡层的情况下,土工布夹层模量变化对缓解荷载应力的作用并不明显;在加铺层结构拟采用的各种典型防止反射裂缝措施中,以7 cm厚AM-20沥青碎石过渡层+2.5 cm厚应力吸收层组合措施效果最佳,其加铺层底的最大主应力σ1、最大剪应力τmax和等效应力σc下降幅度分别达78.6％、82.9％和84.4％.     

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。     

长寿命沥青路面沥青层力学分析及其层位划分研究

基于我国沥青路面设计理论及标准,参考国际成功的长寿命沥青路面结构,选取不同的长寿命沥青路面结构与材料参数,如结构层厚度、模量和泊松比等,采用BISAR3.0路面力学计算程序计算不同深度处的力学响应,分析其计算结果。数据分析结果表明,对于长寿命沥青路面结构:其力学响应规律具有普遍性,在综合考虑各种结构层材料性能与厚度条件下,沥青层内0~7 cm为高受力复合区域,是各种损坏最易发生区域;沥青层最大拉应变易出现在沥青层表面和沥青层底面,是产生路表开裂和沥青层底疲劳开裂的主要原因;沥青层合理划分为3层,分别为磨耗层、联结层和下承层,给出了各结构层应满足的力学性能要求及厚度范围。     

连续配筋混凝土复合式沥青路面层间剪应力影响因素分析

建立了CRC+AC复合式路面结构模型,在搜索层间最大剪应力发生位置的基础上,分析了AC层厚度、模量和层间结合状态等对层间剪应力的影响水平,以及层间剪应力对模量和层间结合状态的响应规律。结果表明:单轴双轮组作用下CRC+AC复合式路面的层间最大剪应力发生在靠近荷载中心一侧的当量单圆的0.8δ圆周与135°或225°线的交点附近;剪切弹性柔量对层间最大剪应力的影响最大、AC层弹性模量次之、AC层厚度最小;层间最大剪应力随层间结合状况的减弱而上升,良好的层间黏结措施对减少层间剪切破坏意义重大;气温降低时AC层模量对层间最大剪应力的影响大于气温升高时,季节性冰冻地区在层间结构设计时需重视气温条件对沥青混合料模量的影响。     

低温沥青混合料抗冻性能试验研究

针对低温沥青混合料抗冻性能差问题,结合表面自由能理论对低温沥青、混合料配合比进行了设计,研究了低温沥青混合料的压实特性,并分析了沥青与集料粘附性及空隙率对抗冻性能影响。结果表明,低温沥青混合料压实特性与环境温度、击实次数具有较好的相关性;沥青与集料粘附性能有效改善混合料抗冻性能;最不利空隙率为8.3%,临界空隙率为12%;LB—13级配初始强度及抗冻性能均优于AC—13级配。     

正交异性钢桥面环氧沥青铺装层疲劳耐久极限研究

虎门二桥坭洲水道桥为主跨1 688m的双塔钢箱梁悬索桥,桥面采用正交异性钢桥面板环氧沥青铺装层结构。为提高该桥环氧沥青铺装层的使用寿命,研究环氧沥青铺装层疲劳耐久性的极限受力影响因素,基于小梁试件四点弯曲疲劳试验,采用Abaqus软件建立局部梁段三维有限元模型,分析最不利荷载位置处铺装层的极限受力情况。结果表明:环氧沥青混合料的疲劳耐久极限为578με;随着铺装层弹性模量的增大,铺装层的应力、应变显著减小,其疲劳耐久极限模量为2 687MPa;环氧沥青铺装层的应变与车辆接地压强呈正相关关系,该桥铺装层的疲劳耐久极限接地压强为1.59MPa。适当提高环氧沥青铺装层的弹性模量,并应严格控制通行车辆的轴重,可以提高该桥的铺装层耐久性。     

基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装疲劳性能研究

采用损伤-断裂力学的方法,就基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行理论分析。为改善混凝土桥面铺装调平层与铺装层间的黏结、防水性能和避免铺装层早期开裂病害,提出基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装技术。基于黏弹性损伤模型的能量转换方法,对混凝土桥面薄层铺装复合结构的应力场、应变场及损伤场分布状况和演变规律进行研究。同时,建立了结构的疲劳寿命理论预测公式。结合沪苏浙高速公路江苏段三白荡特大桥桥面铺装实体工程,对基于环氧沥青黏结层的沥青混凝土铺装层疲劳寿命预估模型进行现场验证。结果显示,基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装具有很好的抗疲劳性能。     

旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的力学机理分析

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土层的技术,关键是如何防止反射裂缝。温度荷载与车辆荷载作用所引起的剪切破坏,是沥青混凝土加铺层（AC层）结构产生反射裂缝的主要原因之一。采用三维有限元法对旧水泥混凝土路面上AC层进行了数值模拟分析,重点考察了在车辆荷载作用下接缝处AC层的剪应力与弯沉差,并且分析了加铺层厚度、旧水泥混凝土板的厚度、地基弹性模量等参数对最大剪应力及最大弯沉差的影响。结果表明,合理确定加铺层的厚度．对于预防和控制反射裂缝产生和发展具有重要的作用。