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.     

带裂缝CTB沥青路面路表动态弯沉盆分布特征

为解决沥青路面模量参数反演时有效FWD弯沉盆测试数据甄别问题,采用三维动力有限元数值分析方法,探讨了半刚性基层沥青路面存在不同形式裂缝时路表动态弯沉盆的分布特征,提出了有效弯沉盆测试数据的筛选指标和标准,并结合依托工程进行了验证分析。研究结果表明:0.2 mm的裂缝宽度是决定半刚性基层沥青路面裂缝面之间是否存在接触行为的临界值;裂缝破损条件下,半刚性基层沥青路面路表动态弯沉盆分布规律与完好路面结构存在着显著的差异;直接路表弯沉及表面模量指标合理可靠,可以针对实测弯沉盆测试数据有效地进行筛选。研究成果为基于FWD测试技术正确实施半刚性基层沥青路面模量参数的反演分析,提供了前期技术依据与保障。     

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。     

半刚性基层沥青路面拉应变预估方法研究

基于弹性层状体系理论,计算分析了半刚性基层沥青路面半刚性层底拉应变与FWD弯沉盆参数BDI的关系,通过计算回归,建立了相应的拉应变预估公式.预估公式参数敏感性分析表明,在层间连续条件下,对结构层模量、厚度、荷载重量等参数在工程常见范围内的路面结构,所建预估公式均取得了良好的预估精度.     

层间接触状态对沥青路面结构性能影响分析

为了研究不同接触状态(连续、弱连续、光滑3种状态)对沥青路面结构影响,采用Ansys建立了典型半刚性基层沥青路面结构模型,计算了沥青路面结构在不同接触状态下的力学响应,以及路表弯沉、最大剪应力、层底拉应力、层底拉应变对路面结构的影响。结果表明:随着层间接触从连续转变为光滑状态,路表弯沉迅速增大、相应的层底拉应力也迅速增长,进而使得横向裂缝发生几率急剧增大。因此结构层间接触状态的变化将会引起结构层内应力波动,使得主应力应变向不利方向发展,所以路面层间接触的设计和施工非常重要。     

半刚性基层与沥青层之间界面条件对结构性能的影响

利用弹性层状体系理论计算了在不同层间条件下的半刚性沥青路面沥青层中的剪应力、拉应力分布情况及路表弯沉值,分析了基层与沥青层之间由于层间界面条件变化引起的路面结构受力状态的变化。计算表明基层与面层保持连续的界面条件是十分重要的;过分致密不透水的半刚性基层有可能造成路面的早期损坏。     

基于层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响分析

为了研究层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响,通过滑动模型分析面层、基层与底基层层间不利状态,在层间不同接触状态下对路面应力和弯沉的变化,并结合室内试验评价黏结层力学性能和抗反射裂缝能力,最后通过试验段对长大陡坡路面层间黏结材料进行跟踪观测。研究表明:面层和基层为部分连续或完全滑动状态下,层间的剪应力发生了突变。面层厚度越薄,路基和路面最大剪应力越大。跟踪试验段观测表明:长大陡坡路段应力吸收层能够很好地抗反射裂缝,延长半刚性基层路面使用寿命。     

基于FWD检测数据确定刚性路面板脱空范围

对于Winkler地基上的混凝土板,利用Ansys建立了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下刚性路面的分析模型.在不同的工况作用下,计算脱空刚性路面板表面的挠度,根据路面弯沉值的变化趋势,得出了刚性路面弯沉盆形状系数βi的变化规律,研究对刚性路面结构在FWD荷载作用下确定脱空范围具有一定的理论意义和工程应用价值.     

沥青路面路基结构组合优化力学数值探析

采用ABAQUS建立了沥青路面结构的三维有限元模型,对典型沥青路面的动力学特征进行了模拟计算,通过分析路面结构动力响应量和结构参数的关系,获得了两者的正负相关性,并提出了改善路面结构受力状态的有效途径。研究结果表明:面层模量一定时,随基层模量的增加,路表弯沉下降,半刚性路面和组合式路面基层层底应力增加;当基层模量一定时,随面层模量的增加,半刚性路面路表弯沉的变化较小,倒桩式路面和组合式路面路表弯沉变化明显,且组合式路面的基层层底应力明显提高;随基层模量增大,半刚性路面收底基层层底应力变化显著,受面层模量影响较小;当面层模量达到2 000 MPa后,基层模量对倒桩式路面底基层层底应力影响可忽略;面层模量较高时,基层模量和面层模量的增加,组合式路面的底基层底应力减小;随基层厚度的增加,路面各力学响应指标逐渐减小,基层厚度大于40 cm时,通过增加基层厚度来改善路面疲劳开裂效果减弱;基层厚度小于20 cm时,底基层的弯拉应力较大,路面基层为主承重层,承担较大的荷载作用,因而可通过提高基层厚度来抑制弯拉破坏,改善基层受力。     

层间界面条件变化对半刚性基层沥青路面结构性能的影响

针对半刚性基层排水性能较差的特点,若渗入沥青层的水分不能从基层迅速排走,将会滞留在基层表面,软化基层表面,在车辆荷载的作用下形成泥浆,使沥青层与基层之间的界面条件从连续状态变为滑动状态或者是半连续半滑动状态。本文采用弹性层状体系理论计算分析了层间接触状况发生变化时,路面结构的力学响应及弯沉的变化情况。结果表明：当界面条件从连续状态变为滑动状态的过程中,荷载中心处的面层层底应力逐渐由压应力变为拉应力,路表弯沉逐渐增大,极易引起路面结构开裂破坏。     

刚性层深度及层间接触状态对FWD动载响应及反算结果的影响

基于弹性动力学平衡方程,进行Laplace、Hankel联合积分变换,利用传递矩阵的方法,可得任一深度处应力位移与表面应力位移关系。讨论了FWD动荷载形式下下卧刚性层埋深及层间接触状态对表面弯沉的影响。计算结果表明,下卧刚性层的埋深变化对动弯沉盆的形状影响不大,但对数值大小影响明显,下卧刚性层埋深较浅时,面层与土基模量反算结果明显偏大,基层反算结果却显著偏小。层间接触较差时,路面各结构层的反算模量都显著偏小。因此建议模量反算之前,首先对刚性层深度及层间接触状态进行分析,避免对反算模量结果造成很大影响。     

沥青路面阻尼特征参数及路表动态弯沉盆分布特征研究

为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题,采用动力有限元数值分析方法,探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法,建立了路基阻尼参数的预估分析模型,考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明:路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素,并受路基模量的影响最为显著,而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计;FWD动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同,相同的路面结构层间接触状态不同,路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异;有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑FWD测试设备的动力特性,以及路面层间实际接触条件。     

层间结合条件对半刚性基层沥青路面路用性能的影响研究

为分析半刚性基层沥青路面基-面层间结合条件对路面结构受力性能的影响,采用Abaqus有限元软件分析了层间完全连续和摩擦接触时路表弯沉、结构层各向水平拉应力、剪应力等的分布规律,通过正交车辙试验研究了不同层间结合条件对路面路用性能的影响。研究结果表明:层间接触不良易诱发路面结构的竖向变形、裂缝、车辙等病害;路面结构设计时,合理设计基层强度、选择级配较好的下封层可以有效改善层间的接触条件,提高路面的使用性能。     

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%。     

层间接触状态对半刚性基层沥青路面使用寿命的影响分析

基于弹性层状体系,利用Kenlayer程序研究了标准轴载作用下半刚性沥青路面层间接触状态对路面结构使用寿命的影响。分析结果表明:层间接触状态对路面结构层中应力的分布和路面使用寿命均有重要影响。完全连续状态下的路表弯沉值、结构层层底拉应力和路基顶部压应力要小于非完全连续状态的情况,基面层间的接触状态所产生的影响要大于面层间的接触状态。层间接触状况较差时,路面结构的使用寿命会有明显下降。层间完全连续状态下的路面使用寿命,几乎是其它层间接触状态下的2~4倍。因此,铺设路面时适当铺洒粘层和透层,可保证层间连续性,     

沥青路面复合基层的合理结构研究

为了确定沥青路面柔性基层与半刚性基层组成的复合基层的合理结构．通过构建复合路面计算模型．利用BISAR程序计算了不同轴载作用下路表弯沉、路面各层底应力、各结构层的顶面压应力及各层面剪应力．并对其分布规律进行了探讨。通过调整面层、柔性基层与半刚性基层的厚度．对复合基层沥青路面进行了重载作用下结构内力响应分析,并提出了复合基层设计参数的合理取值。     

装配式基层道路结构接缝荷载应力分析

为研究装配式基层路面结构基层接缝的应力情况,通过三维有限元分析方法,分析了装配式基层模量、基层厚度、荷载大小、土基回弹模量和层间接触条件等对装配式基层接缝底部荷载应力的影响。路面结构计算与分析表明:混凝土模量较填缝砂浆模量对结构影响大,不但能减小幅度大于前者的接缝弯沉,而且能从一定程度上增强接缝的传荷能力,基层模量的下降可以有效地减小荷载应力;随基层厚度和土基回弹模量的增加,接缝两侧弯沉值和底部荷载应力显著减小但逐渐趋于平缓,传荷能力增加;接缝弯沉和底部荷载应力在超载下均是呈线性关系显著增长,需严格限制超载重载;接触条件的恶化,接缝弯沉值和底部荷载应力基本增大,由连续状态变为非连续状态变化特别显著。     

超载现象对沥青路面结构力学影响分析

基于甘肃省目前普遍存在的超载现象,采用我国典型的半刚性沥青路面结构,同时针对沥青路面面层-基层间的层间接触,利用路面结构分析计算软件BISAR3.0 对半刚性沥青路面的路表弯沉、面层层底弯拉应力及路基顶压应变进行计算分析。结果表明,不同的超载率对半刚性基层沥青路面结构力学响应有很大影响,而面层-基层间层间接触条件的逐步恶化又加剧了超载对路面的损害效应。基于此结论,建议在路面施工过程中,应保证面层-基层间接触良好,并在道路运营期间采取一些措施控制车辆的超载、重载。     

行车荷载作用下半刚性沥青路面动态弯沉数值分析

为连续快速检测路面动态弯沉,通过建立行车荷载作用下沥青路面有限元动态模型,研究了在不同行车速度、不同测点的弯沉大小;通过改变路面各层厚度和模量对路面动态弯沉特性进行了研究。研究结果表明:不同车速条件下的路面动态弯沉并不相同,车速愈高弯沉愈小,并且弯沉最大值滞后于行车荷载作用的峰值;路面厚度增加显著减小路面动态弯沉,厚度对弯沉影响的大小依次为面层、基层和底基层;各层模量的增加将使路面的动态弯沉减小。     

基于模量反算的共振碎石化沥青加铺结构验算

目前国内早期修筑的水泥砼路面大多处于大中修阶段,旧水泥砼路面的加铺改造设计需确定设计参数。文中以湖南某高速公路大修工程加铺结构为例,利用FWD采集7个传感器位置的弯沉,得到共振碎石化加铺结构的实测弯沉盆,采用BISAR程序拟合得到各结构层的模量组合,根据动态弯沉值和拟合结果进行加铺结构刚度验算和厚度设计。得出旧砼板共振碎石化加铺层材料的刚度不得低于1 128.59 MPa;加铺结构半刚性基层层底拉应力、沥青混合料层总的永久变形量满足要求,拟定的加铺层厚度合理。