硫酸盐盐渍化道路横向隆起的力学响应分析

针对沙漠区沥青混凝土道路因路基土硫酸盐盐渍化,土体膨胀所导致的路面横向隆起病害,为了研究病害不同发展阶段路面结构的受力特性及破坏形式,了解该类病害影响下路面结构所能承受的临界应力和破坏时隆起变形的临界挠度,以发生横向隆起病害的路面实体为研究对象,基于复合材料力学与弹性力学理论,结合病害实体基本特征及分布情况,将路面结构抽象简化为一层间接触良好、变形连续的整体式层状结构,构建了路面结构在路基盐胀作用及其自重影响下发生横向隆起病害的力学模型,推导了路面结构在路基盐胀作用及其自重影响下隆起变形的挠度方程。在此基础上,进一步求得了路面结构在上述作用下的应力、应变公式及整体式双层梁结构的刚度计算公式。之后,结合具体实例,分析了不同盐胀作用下,基层、面层的最大拉应力和挠度变化规律。根据路面结构参数与面层、基层的抗拉强度,通过所建力学模型中应力公式可判别在盐胀作用下路面结构基层、面层发生结构性破坏的时序。同时,对于既定参数的路面结构,利用模型中挠曲变形公式,可建立不发生由盐胀引起路面结构层结构性破坏所能承受的临界隆起高度和临界盐胀作用,有利于指导沥青混凝土道路盐渍化病害防治与路面结构组成设计。     

半刚性基层拱胀现象的力学分析

采用材料力学中的压杆失稳理论和弹性力学中的薄板压曲理论对半刚性基层由温度变化引起的拱胀问题进行分析。计算出了半刚性基层不发生拱胀破坏的临界应力,将临界应力与其温度应力相比较,可以判断施工完成时半刚性基层是否会发生拱胀。对影响温度应力大小的技术指标进行了分析,给出这些指标在施工中的建议值。研究结果表明:两种方法分析计算的结果是一致的,但用压杆失稳理论进行分析偏安全。为避免半刚性基层产生拱胀破坏,在实际施工中,应该尽量避免半刚性基层在冬季施工以减小整个施工过程中温差;施工单位不宜追求高强度而增加水泥剂量而导致基层材料的回弹模量值过高;应该尽量采用膨胀系数较小的骨架密实型基层混合料。     

路面冻胀开裂热-应力耦合分析

为了更有效防治季节性冰冻地区道路病害,对路面冻胀开裂力学机理进行了研究。通过对路面冻胀开裂病害现象的调查分析,指出半刚性基层冻胀是道路冻温开裂病害发生的重要因素之一;建立了道路结构热-应力有限元模型,对路面在半刚性基层冻胀作用下的力学响应进行了计算与分析,提出了基于基层冻胀的路面劈裂破坏理论;通过对路面开裂判据应力计算,分析了路面冻胀开裂对冻温材料力学性能变化的敏感性。结果表明,基于半刚性基层冻胀的路面劈裂破坏理论,能够更合理地解释路面冻胀开裂现象;半刚性基层的冻胀性能以及路面材料的强度特性,均对路面冻胀开裂有较大的影响作用。     

沙漠区横向隆起路面力学响应数值分析

阿拉善沙漠区沥青混凝土路面因路基硫酸盐盐渍化发生横向隆起病害。根据病害实体特征,利用Abaqus软件建立了路面横向隆起病害3D模型,分析了路面结构层厚度、弹性模量、路基盐胀作用等影响因素下路面结构的力学响应规律,路面结构受力对上述影响因素的参数敏感性及各因素共同作用下路面结构受力的最优及最不利组合。结果表明:路面隆起段中间位置出现最大拉应力和压力,在盐胀作用区域出现较大的应力分布;路面结构力学响应因素中,面层厚度、面层和基层弹性模量对路面隆起病害实体的受力影响显然弱于基层厚度对隆起结构受力的影响;隆起病害实体受力主要受控于基层厚度;面层应力普遍小于基层应力,在面层和基层抗拉强度比较接近的条件下,路基盐胀作用首先导致基层拉裂破坏,然后再发生面层拉裂破坏,即基层要先于面层发生拉裂破坏;基层、面层较厚的路面结构,基层受到的拉应力较小,不易产生基层的拉裂破坏,而基层、面层较薄的路面结构,基层受到的拉应力较大,易于产生基层的拉裂破坏。为了防止沙漠区沥青混凝土路面盐胀引起横向隆起病害,可通过设计优化,科学合理地选择路面结构厚度和模量,有效降低横向隆起引起各结构层的拉应力,避免路面结构进一步引发其他病害。     

干线公路沥青路面水平裂缝破坏力学机理研究及对策

以干线公路半刚性基层沥青路面产生的水平裂缝为研究对象,采用力学分析软件计算在标准轴载和超载作用下的力学响应。通过对路面结构层应力应变特性及最大剪应力随深度变化特点分析,结合路面实际破坏现象,揭示了干线公路半刚性基层破坏的根本原因在于:沥青面层薄,高剪应力区位于半刚性基层上,半刚性基层竖向受剪超过其抗剪强度就产生水平裂缝。为提高半刚性基层疲劳寿命,避免路面早期病害,应采取如下措施:结构层中沥青路面厚度至少提高到12cm,施工中基层应采用一次压实成型,形成整体性好的高性能半刚性基层,同时养生期严格控制车辆通行。     

基于声效特征值判断半刚性基层沥青路面结构不连续病害研究

为快速而有效地探测半刚性基层沥青路面结构层不连续病害,使用有限元结构与声耦合算法,探讨了半刚性基层沥青路面在受激励震动时的声效特征。计算了激励能量、路面模量、结构不连续尺寸等参数的影响,建立了半刚性基层沥青路面结构层不连续区域的声效特征值与路面结构不连续病害尺寸间的对应关系。为应用声效法探测半刚性基层沥青路面结构层连续性提供了理论依据。     

半刚性基层沥青路面对基层状况的荷载响应

根据半刚性基层沥青路面实际应用,采用Ansys分析软件,分析基层材料在完整、松散及收缩裂缝状态下路面荷载的响应、路面结构层的应力、应变和位移情况。分析表明:1)基层材料松散对面层层底拉应变,路面弯沉及路基顶的压应变影响显著;2)横向干缩裂缝可改变沥青面层层底最大拉应变方向,对层底拉应变影响较显著。分析结果对减少半刚性基层收缩裂缝,提高路面使用寿命有一定理论指导作用。     

柔性路面三层体系的弹塑性分析

根据依留申小弹塑性变形理论，研究了结构形式为沥青面层、半刚性基层和土基的三层柔性路面体系。路面各层材料应力应变关系符合幂硬化规律且层间光滑接触。载荷图式为双圆或四圆垂直的均布荷载。文中给出了柔性路面的应力及位移解析表达式，并给出了具体算例。     

高速公路路面裂缝检测技术应用

0引言 中国95％的高速公路为半刚性基层沥青路面,这种路面有诸多优点,但也有一个致命的缺陷——易开裂.半刚性基层产生的裂缝会向沥青面层发展,即俗称的反射裂缝.路面一旦出现裂缝,水就很容易渗入,在外部荷载的作用下,水会在结构层内部产生冲刷,从而导致裂缝加快发展.而半刚性基层稳定性较差,一旦有水渗入,极易造成基层松散,最后导致路面结构性破坏.所以与车辙等病害相比,裂缝对路面的破坏更严重.     

重载交通下不同基层类型沥青路面结构应力分析

基于我国沥青路面设计理论及标准,参考实际沥青路面结构,选取不同的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分析不同基层类型对沥青混凝土路面结构内部应力状态的影响。结果表明,柔性基层路面与半刚性基层路面的破坏机理存在明显差异,为了实现2种路面的优势互补,应将柔性基层与半刚性基层的结构进行合理的优化组合,以弥补柔性基层和半刚性基层沥青路面的缺陷。     

柔性基层路面结构在渝湛高速公路中的应用

最新成果表明,半刚性基层的刚度过大,直接造成了沥青混凝土面层内的剪应力急剧增加,诱发沥青混凝土层的剪切破坏,解决这一问题的途径在于沥青混凝土面层和半刚性基层应具有合理的模量匹配。在渝湛高速公路的建设中,采取了柔化半刚性基层的方法,即合理地降低基层的模量。为进一步了解柔性基层路面结构内各结构层的力学响应,采用三维有限元法,对实测轮胎接地荷载下柔性路面结构内的应力场进行了深入的分析。分析表明,柔性基层更有利于避免路面的早期破坏。     

柔性基层路面结构在渝湛高速公路中的应用

最新成果表明,半刚性基层的刚度过大,直接造成了沥青混凝土面层内的剪应力急剧增加,诱发沥青混凝土层的剪切破坏,解决这一问题的途径在于沥青混凝土面层和半刚性基层应具有合理的模量匹配.在渝湛高速公路的建设中,采取了柔化半刚性基层的方法,即合理地降低基层的模量.为进一步了解柔性基层路面结构内各结构层的力学响应,采用三维有限元法,对实测轮胎接地荷载下柔性路面结构内的应力场进行了深入的分析.分析表明,柔性基层更有利于避免路面的早期破坏.     

重载交通半刚性基层沥青混凝土路面结构应变分析

以多层弹性层状体系理论双圆均布荷载为基础,结合国外长寿命路面设计方法及要求,对重载情况下半刚性基层沥青混凝士路面的沥青混凝土层拉应变分布规律进行研究.结果表明.对于半刚性基层的长寿命路面而言,有必要将中面层底部的拉应变作为控制指标之一.在半刚性基层的长寿命路面设计中.控制指标不仅要考虑沥青混凝土层层底拉应变.也要考虑沥青混凝土表面层的托应变.     

半刚性基层沥青路面结构参数的敏感性力学分析

基于弹性层状体系理论,对半刚性基层沥青路面进行荷载作用下多项材料参数的力学敏感性计算,分析了路面结构受力状态;在此基础上,进行材料力学参数和结构几何参数变化对路面结构力学性能的敏感性分析。     

轮载作用下半刚性路面受力状况的有限元分析

针对当前半刚性路面的主要结构形式及车辆的超载情况,运用大型通用有限元软件计算分析了双圆垂直均布荷载作用下层状弹性体系的受力状况。研究了基层刚度和厚度变化对各结构层底面最大应力的影响规律,给出了相应的数据表格与关系曲线。得到了一些有益的结论。     

非均布动荷载作用下沥青路面粘弹性有限元分析

不考虑超载情况,为探求非均布动荷载作用下沥青路面的动态响应及破坏规律,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元半刚性基层路面结构模型,施加非均布动荷载,并对粘弹性路面模型各层的动态力学响应及不同车速下路表弯沉的变化进行分析。结果表明,水平应力的交变变化是使路面产生疲劳破坏的主要因素;当重载车辆车速在10~32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值,对路面实际使用寿命的影响非常显著。     

基于三维有限元混合料均匀性对沥青路面力学反应影响研究

基于ABAQUS有限元软件建立三维沥青路面模型,通过计算两种典型沥青路面的不同结构层混合料发生不均匀性时,在行车荷载作用下各层层底的应力、应变和位移量,研究沥青混合料均匀性对沥青路面力学反应的影响。结果表明:沥青混合料均匀性影响路面力学反应参数;相同的行车荷载和环境因素下,柔性基层沥青路面的位移量比半刚性基层沥青路面的位移量大;沥青路面中拉应力几乎总是出现在路表面和基层层底,且出现在半刚性基层沥青路表面的拉应力一般比柔性基层沥青路表面的拉应力大。     

等级公路路面结构的分析研究

通过大量调研,指出了我国等级公路半刚性路面结构的早期病害及其特点,通过有限元分析,研究了几种不同路面结构的力学响应,综合分析并推荐了合理的等级公路路面结构。结果表明,交通轴载大、路面结构层薄、基层模量过高、层间刚度差大、路基和地基的承载能力不足,是等级公路半刚性路面早期损坏的关键原因。通过采用骨架密实型水泥稳定碎石基层或水泥石灰土基层,适当降低基层的强度与刚度,有利于路面结构整体协调工作,可有效地防止反射裂缝,缓解水损坏,延长路面结构的疲劳寿命。     

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。     

汽车行驶状态对沥青混凝土路面结构力学响应的影响

采用有限元软件ABAQUS建立了半刚性基层沥青混凝土路面的结构模型,分析了纵坡段、制动以及超载过程中的水平荷载对沥青混凝土路面结构力学响应的影响。结果表明:纵坡坡度、水平制动系数以及荷载对沥青混凝土路面纵向层间剪切应力的影响大于横向;可利用坡度、水平制动系数以及荷载来判断层间的抗剪切强度。