半柔性路面结构的力学响应分析

通过力学计算分析了半柔性路面在标准荷载及超载作用下的力学响应,结果表明:轮隙中心点下的半刚性基层层底拉应力最大;荷载作用中心点下处的路表弯沉、面层层底拉应变和面层内最大剪应力最大;路表最大弯沉值、面层层底最大拉应变、面层内最大剪应力及半刚性基层底最大拉应力都随着轴载的增加而增大。     

移动荷载作用下沥青路面动态响应三维有限元分析

我国新建道路沥青路面是以双轮组单轴载100 kN(BZZ-100)为标准轴载,采用双圆均布荷载作用下的多层弹性理论进行设计的,而汽车实际施加给路面的是移动荷载。通过建立半刚性基层路面的三维有限元分析模型,对汽车匀速行驶及制动情况下路面的动态响应进行了有限元分析,得出了荷载正下方不同深度处节点竖向位移、竖向压应力、水平应力、竖向剪应力及水平剪应力的时间历程曲线,并与静载作用下的计算结果进行了对比分析。     

有限元分析纵坡路段路面结构动态力学响应

采用静态力学分析纵坡路段路面结构,能够得出推移是由于层间剪应力增大引起的,但不能合理解释实际存在的车辙问题。采用ANSYS三维有限元瞬态计算方法,模拟路面结构受到的动态车辆荷载作用,并依据国外路面设计理论,分析路面结构各层层底拉应变、面层内最大压应变以及路表弯沉值、面层与基层间的剪应力。得出纵坡路段的行车速度慢是车辙形成的主要原因,层间剪切破坏的发生主要跟纵坡坡度大小有关的结论。     

山区沥青路面结构剪应力三维有限元分析

为解决山区沥青路面上坡路段严重的车辙破坏,通过对上坡路段车辆行驶特性的分析,计算车辆对路面结构的水平和垂直荷载。通过建立道路三维有限元模型,分析山区沥青路面车辆荷载对结构剪应力的影响,采用合理的结构设计和纵坡技术指标,提高山区沥青路面抗剪切性能。     

非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。     

沥青封层对水泥路面振动性能的影响

考虑在水泥路面上增设几种不同厚度的乳化沥青上封层,采用有限元分析软件ANSYS计算分析沥青上封层对受动荷载作用的水泥路面振动性能的影响。计算结果表明:在水泥路面上加铺薄层沥青上封层可以有效降低车辆行驶对水泥路面的感应刚度,从而对抑制振动冲击荷载作用效应在路表的扩散有明显效果;总体上看,薄层沥青上封层对改善水泥路面在振动冲击荷载作用下的变形及受力有一定作用,但不明显;随着封层厚度的增加,面层底部正应力和剪应力值都有所降低,厚度变化初期降幅小,后期降幅增大。     

重载非均布荷载下沥青路面力学响应分析

选取不同的典型沥青路面结构,采用动态参数,进行了6个等级的非均布荷载作用下的8种路面结构有限元力学响应计算.结果表明:面层是沥青路面结构受力的最不利位置;在双矩形荷载作用下,沥青层底水平横向拉应力和拉应变最大值位于单轮底部中心偏外的位置;路表轮隙中心的应力状态主要和沥青面层厚度和交通荷载有关,随荷载增大,路表应力最大值作用点主要在轮缘外缘附近位置出现;路表最大剪应力随基层类型和沥青层厚度的不同而不同,路表最大剪应力出现在双轮及双轮之间的范围.所得结论可为重载条件下沥青路面设计指标的提出提供理论依据.     

不同荷载作用下半刚性沥青路面力学响应规律

基于半刚性基层路面典型结构建立三维力学模型,综合考虑常载、常载+刹车、超载和超载+刹车4种组合荷载,采用双轮最不利矩形接触面形式,并运用特征路径分析方式,数值模拟了路表及深层内力学响应规律。结果表明:刹车对路表弯沉和路基顶面压应变影响较小,超载影响显著;刹车主要对面层弯拉应力影响较大,并使上面层出现较大拉应力,对基层基本无影响,超载使基层弯拉应力增大显著;超载和刹车对剪应力峰值增大明显,特别是刹车使剪应力增大极其显著;在不同荷载作用下,从路表沿深度方向力学响应峰值位置会发生变化,在进行沥青路面结构设计和力学分析时应取相应位置处的值作为力学控制指标。     

公路坡度变化对沥青路面层间应力的影响

由于低速行驶路段车辆行驶特性等各种原因,导致沥青路面低速行驶路段(长大上坡路段)更容易产生车辙变形等病害。采用ABAQUS有限元软件,分析了在静力状态下低速行驶路段,坡度变化对沥青路面结构层的影响,通过分析对比坡度由0%~5%变化时应力应变曲线、应力应变的大小及变化趋势,从而得到在静力状态下坡度变化对路面层间应力的影响。     

荷载接触形式对路面结构力学指标的影响分析

传统沥青路面结构力学模型通常将车辆荷载假定为圆形、椭圆形、矩形,与实际路面结构在非均布荷载作用下的真实受力状态有一定的区别。应用3D-Move Analysis有限层软件,建立黏弹性材料特性下力学响应模型,对比分析了静载和动载情况下,不同荷载接触形式对路面结构剪应力、路表弯沉、面层底部拉应力、土基顶部压应变最大值及位置的影响;分析了水平力系数和轴载变化时,各指标最大值的变化规律。结果表明:不同荷载状态、荷载接触形式作用下,各力学指标最大值及位置有较大的区别;汽车匀速行驶时,按照传统静载计算结果进行力学指标设计是偏于安全的;汽车制启动时,计算结果比静载偏大,并随着水平力系数的增加持续增大,仍按传统静载结果设计容易导致车辙、疲劳开裂等早期损坏现象;不同荷载接触形式,各力学指标均随轴载的增加而增大。     

路面不平整引起的车辆动载计算方法

为了分析不平整路面上行驶车辆的动载特性,研究了西宝高速公路平整度实测结果,用正弦曲线模拟路面表面,建立了考虑汽车侧倾因素和轮胎阻尼的四自由度车辆振动模型,利用模态理论和编程计算对车辆振动模型在不同路面波长、不同振幅、不同行车速度及左右车轮激励不同时的动载进行了分析和求解,给出了车辆在不平整路面上行驶时产生的动载计算方法。计算结果表明:波形路面上产生的动荷载沿路线纵向呈波形分布,在路面上行驶的车辆对路面可能产生很大的动荷载,最大动荷载系数可达到2.0以上。     

移动荷载作用下路面响应分析

用ANSYS有限元软件建立了三维有限元模型,通过ANSYS中trantsient的full瞬态动力学来分析车速80 km/h,轮压为0.7 MPa情况下路面的动响应。结论表明路表面应力在移动荷载经过瞬间达到峰值,各层应力峰值出现时间随深度增加而依次滞后;在移动荷载作用下,路表面的剪应力很小,近似为0,单元两主应力方向始终与坐标轴平行,当到基层顶部时两主应力都减少而剪应力增大,单元主应力方向随荷载的移动而发生旋转。     

SBS改性沥青应力吸收层防裂机理及其效果分析

建立了旧水泥路面沥青加铺应力吸收层防裂计算有限元模型,进行了车辆荷载、温度荷载及两者共同作用下的板缝处沥青加铺层底部最大主应力、等效应力、最大剪应力三应力的计算,并进行了室内试验及现场观测.与无应力吸收层时的对比分析表明,有SBS应力吸收层时计算点应力值均有不同程度的降低:车辆荷载作用下三应力分别减少了35.9%,62.2%及61.8%,在温度荷载作用下三应力的削减分别为38.9%,28.2%和29.4%,在耦合应力作用下三应力分别降低了88.5%,54.2%和54.0%.直剪试验及现场观测表明,SBS改性沥青应力吸收层缓解了层间力的作用,有效延缓了反射裂缝的产生.     

BRT公交车制动状态下沥青铺面受力特征

为了揭示桥面铺装动态荷载下的力学响应规律,以成都某高架混凝土桥沥青铺装工程为依托,以BRT公交车进站制动情况为荷载背景,采用数值模拟分析方法,结合正交试验数值分析结果,进行了桥面铺装方案的结构优化比选.以正交试验得出的优选方案为对象,进一步分析了车辆移动速度对BRT停靠站刹车减速段桥面铺装体系的受力影响,解释了其作用机理.研究表明:振动冲击与作用时间的综合作用导致铺装层竖向变形和剪应力响应存在"临界速度"的现象;不同初始车速下,各轴轮印处面层弯拉应力及剪应力存在短时快变的正负应力交互作用;在制动荷载作用下,表层剪应力较大,并在初始速度60 km/h制动工况下达到极值;在靠近公交站台等车辆制动或加速相对频繁的路段,应特别注意提高铺装层的抗剪切及抗疲劳能力,同时加强层间粘结.     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

层间接触状态对沥青路面结构受力的影响

路面结构层的层间结合是影响路面整体结构强度的重要因素,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了面层竖向应力、面层和基层底面拉应力、路表弯沉、面层剪应力最大值的产生位置,以及路面结构层层间接触状态的变化趋势。分析结果表明:层间完全滑动状态下,路表弯沉、基层底拉应力、面层竖向应力、面层剪应力等路面设计控制指标比连续状态提高1.5～2.5倍;面层、基层疲劳寿命比连续状态急剧降低。     

长大纵坡路段沥青路面结构剪应力分析

为了解决山区沥青路面上坡路段严重的车辙破坏,通过对车辆纵向行驶特性以及行驶速度与坡度和坡长变化关系的分析,研究车辆对结构水平和垂直荷载随坡度的变化,并通过建立道路三维有限元模型,利用有限元计算方法分析山区沥青路面结构剪应力和剪应变的力学特性,最后采用合理的结构设计和技术指标,提高山区沥青路面抗剪切性能.     

山区高速公路陡长坡沥青路面力学响应研究

分析了坡面车辆行驶特性,通过建立有限元模型对不同坡度、不同路面结构及不同荷载级位和分布形式下,陡长坡沥青路面力学响应和变形特性进行了分析。研究结果表明,坡面荷载合力明显高于常规平直路段荷载,因此对路面产生了更强的破坏效果;荷载接地压力的非均布效应非常显著;坡面上发生车辙变形的可能性比常规平直路段高25％以上,需要单独设...     

重载条件下高性能RAP料柔性基层路面结构力学响应分析

以308国道南宫至石邢界段改扩建项目为工程依托,分析了重载条件下高性能RAP料柔性基层路面结构的力学响应。采用ABAQUS软件对比分析了5种不同轴载等级作用下高性能RAP料柔型基层路面结构的弯沉、水平拉应变、旧路剩余基层层顶压应变及剪应力的特性分布和随轴载的变化规律。结果表明:路表弯沉沿X向呈W型分布,峰值出现在单轮中心;面层表面先产生压应变,随着深度的不断增加,逐渐转变为拉应变,且随着轴载的增加,压应变沿竖向方向有下移趋势;旧路剩余基层层顶压应变沿X向呈U型分布,峰值出现在轮迹中心位置;剪应力沿横向方向呈正弦分布,最大剪应力出现在轮迹边缘处,沿Y向出现在面层表面以下45 cm深度范围内;同一轴载作用下,高性能RAP料柔型基层路面结构的力学响应均小于级配碎石路面结构;随着轴载的增加,路面结构力学响应均随之增加,且高性能RAP料柔性基层路面结构力学响应的增加较慢。     

粒料类基层沥青路面动力响应研究

基于新版沥青路面设计规范中对粒料类基层的重视,采用有限元软件ANSYS建立粒料类基层沥青混凝土路面的结构模型,通过两种方式加载进行动力学瞬态分析,得到:①在车辆行驶轨迹线上,同一深度、不同位置的观测点上波动荷载作用下的应力时程曲线形状、峰值相差较大,而均布荷载作用下的应力时程曲线形状、峰值几乎完全相等,但两种加载方式得到的应力极值基本相同;②不论哪种加载方式,路表向下越深,应力峰值越小、扩散作用越强,观测点对荷载的反应越滞后;③垂向应力由表向下递减;水平应力总是纵向大于横向。此结论可为粒料类基层沥青路面在不同动载作用下的应力工况提供参考依据。