基于离散元方法的沥青路面竖向变形研究

针对沥青路面在荷载作用下产生的竖向变形,笔者利用离散元方法对组成沥青路面的集料、结合料及两者之间的粘结指定接触连接的约束方式,给出了路面结构组合和双轮加载模式,研究了沥青路面各结构层的竖向变形特性及颗粒的位移矢量变化.结果表明:路面结构在双轮荷载作用后,形成的竖向变形呈"W"形且最大变形出现在上面层,沿道路深度方向的颗...     

移动荷载作用下沥青路面三维有限元分析

针对交通移动荷载引起的沥青路面结构破坏问题,采用竖向静载及移动荷载,利用三维有限元数值法对移动荷载作用下路面各结构层竖向位移和竖向应力分布规律与静力学响应进行了对比分析。结果表明,在移动荷载条件下,半刚性路面结构的竖向位移及竖向压应力较静载相比呈现不同程度的下降。     

软土地基道路在行车荷载作用下的动力分析

近年来,许多学者对行车荷载作用下路面的动力响应作了大量研究,但主要集中在分析静载对路基的影响以及路面结构材料对路面动力响应的影响,很少有研究考虑到路基土层,尤其是软土路基对行车荷载的动力响应.该文基于行车荷载作用下路基的动力特性原理,应用显式动力有限元法,充分考虑地基土的弹塑性特性,针对车辆单次加载作用下路基的特性以及反复加载作用下路基结构的累积竖向变形进行了分析和探讨.比较速度和轴重对路基沉降的影响,指出轴重对路基变形的影响更大.     

考虑实测轮载的动态模量加载波形及荷载作用时间取值研究

利用三维有限元计算工具,考虑沥青路面结构层不同的模量和厚度组合,结合实测的竖向轮胎-路面接地压力并考虑水平作用力,分析沥青路面结构层不同深度处的竖向应力脉冲波形.分析结果表明:同一沥青路面结构层不同深度处,不仅其竖向应力脉冲波形不相同,波长也不一样;也就是说,对同一路面结构不同深度处动态模量的确定,除了需要考虑不同的实验室加载波形和加载频率以外,还需要对荷载作用时间的取值做出修正.     

动载作用下半刚性路面垂直动力响应三维有限元模拟

针对交通动荷载引起半刚性路面结构的破坏问题,采用正弦波动荷载加载,利用三维有限元数值法对动载作用下路面各结构层垂直动位移和垂直动应力分布规律进行了模拟。分析结果表明,有限元法能够很好地模拟车辆通过时半刚性路面各结构层竖向动位移和动应力分布规律,其结论可以用来指导工程设计。     

不同加载方式下的沥青路面剪切响应分析

运用有限元软件ANSYS建立半刚性基层沥青混凝土路面的结构模型进行瞬态分析,得到路面结构在匀速移动均布荷载和半波正弦荷载作用下的yz向剪应力及剪应变时程曲线,揭示两种加载方式下的路面结构剪切响应规律基本相似,但波动荷载对路面受力状态和应变状态的影响更为多变、更为复杂。     

曲线段上预应力混凝土T梁桥横隔梁受力分析

在对曲线段上预应力混凝土T梁桥设计方法进行介绍的基础上,建立了梁格模型,在对称和偏心车道及车辆荷载作用下对中横隔梁设置方式差异造成的影响进行计算比较分析,结果表明中横隔梁设置方式差异对桥梁结构受力状态影响很小,可忽略不计。另外,随着新规范的运用,采用车道荷载及车辆荷载加载对横隔梁进行受力分析,结果表明车道荷载加载结果与偏心压力法计算的横隔梁竖向弯矩结果相近,远大于车辆荷载加载所产生的竖向弯矩结果,对以后设计有一定的借鉴作用。     

移动荷载作用下公路隧道水泥路面结构力学分析

建立了公路隧道水泥混凝土路面结构的三维有限元分析模型,运用桥梁工程中影响线求法中移动布载方式模拟车辆荷载在路面上真实的运动情况。讨论了不同荷载速度、不同基层模量和基岩模量对轴载移动到板中时板顶最大竖向位移和板底最大拉应力的影响。通过比较动态荷载与静止荷载作用下板底拉应力值和板顶竖向位移值得出,对于公路隧道基岩强度比较大的情况,板底应力动载系数近似为0.5,路表弯沉动载系数近似为1.0。     

车辆荷载作用下炭质泥岩路堤动力变形特征分析

为了研究车辆荷载作用下炭质泥岩路堤动力变形特征,运用FLAC3D模拟实际工况,在不连续半正弦波荷载作用下,考虑单轮组加载,分析路堤的动力响应以及不同工况下的变形特征。结果表明:炭质泥岩路堤在单次或重复车辆荷载作用下,均表现出明显的弹塑性变形特点;路堤横向位移在加载区域两侧向两边发展,在坡脚处达到最大值,路堤竖向位移在加载区域附近变形较大,且路堤变形以竖向位移为主,主要工作区范围为路床顶面以下3~6m;车速越大,路堤变形越小;车载越大,荷载影响深度越深,路堤变形越显著;比较满车道布载方式和单车道居中布载方式,前一工况时路堤的竖向变形和工作区范围更为显著。     

两种典型沥青混凝土路面结构沥青层饱水状态动力响应三维有限元分析

水和动态荷载耦合作用是沥青混凝土路面发生水损害的主要原因.首先基于多孔介质理论,假定路面结构中的沥青混凝土材料为完全饱水的多孔介质材料,对两种典型路面结构--半刚性沥青混凝土路面、具有柔性基层的半刚性沥青混凝土路面分别建立了三维有限元模型;而后对比分析了两种路面结构在动态荷载作用下的竖向应力、竖向应变、孔隙水压力的空间...     

基-面层间粘结状态对沥青路面车辙的影响

通过有限元软件模拟基-面层间局部不同粘结状态的沥青路面结构,计算分析了路面处于弹性阶段时荷载作用下的力学响应,结果表明：在车辆荷载作用下,由于基-面层间出现局部完全滑动,路面各面层底最大主拉应变都有增大,最大剪应变以表、中面层底变化明显,竖向压应变以越靠近牯结状态变化区越大;车轮制动,竖向荷载与水平荷载的联合作用加大了路面结构的变形.在此基础上,进行了室内车辙试验,较好地验证了,由于结构层间局部粘结失效,会导致沥青路面出现车辙.     

基于MMLS3的半刚性基层沥青路面材料冻融试验研究

基于MMLS3加速加载设备,综合考虑了湿度、温度、荷载耦合作用,提出了荷载-冻融试验系统,既克服足尺寸试验周期长、消耗大的不足,又避免传统室内试验方法的尺寸效应。主要介绍了小尺寸加速加载试验设计方案,并根据缩尺路面结构,制定了光纤光栅传感器测试方案,分别在结构面层顶、上基层中部、下基层中部埋设了传感器,用于测试加速加载过程中的应力应变场和温湿度场,研究路面在有无冻融条件下的损伤演化规律。试验结果表明,冻融作用下的路面结构试件在加速加载过程中损伤劣化速度明显快于无冻融的路面结构试件,小尺寸加速加载试验方法可以用作路面结构冻融损伤程度评价。     

科技之窗

交通运输部公路院:"路面试验环道"工可获批近日,交通运输部公路科学研究院申请的"足尺路面加速加载试验环道建设工程"项目工可获国家发改委批复,该项目有望填补我国对不同路面结构使用性能长期对比验证手段不足的空白。足尺路面加速加载试验环道不仅可以模拟同等条件下不同路面结构的使用性能,准确把握路面在交通荷载与自然环境气候综合作用下的演变规律,完善路面设计、施工、养护等规范,同时也可以实现实验数据共享,指导全国的公路建设与养护。     

胶粉改性沥青混合料动荷载力学响应分析

为研究动荷载作用下胶粉改性沥青路面实际的力学响应,依托“全域路面加速加载试验研究”课题,设计不同掺量胶粉改性沥青与混合料试验方案,采用全域路面加速加载试验设备评价路面结构受力变形,通过加速加载试验获取实测动态应变响应数据,研究各结构层应变响应规律。结合有限元数值模拟,基于所编写的加载程序,研究变温条件下胶粉改性沥青路面各层的动力响应情况。结果表明：采用微观测试、马歇尔试验与SHRP试验分析得到70#沥青改性所用的废胶粉最佳掺量;试验分析得到胶粉改性沥青混合料性能技术参数;借助全域路面加速加载试验,构建有限元模型,对比分析了不同路面结构、不同轴载作用次数下的车辙变形规律。     

行车荷载下不同沥青路面结构动力响应测试分析

为研究行车荷载下不同沥青路面结构的动力响应,验证、完善我国沥青路面设计方法,在两种倒装式和传统半刚性基层沥青路面结构内部埋设沥青应变计、土压力计和垂直大变形应变计等传感元件,以单后轴货车为行车荷载,现场开展了不同轴重、不同行车速度及制动工况下3种路面结构的动力响应测试。以沥青层层底纵向应变与横向应变、路基顶面土压力和过渡层底部竖向压应力与竖向位移为评价指标,分析了不同沥青路面结构的动力响应规律。结果表明:随行车速度增加,各路面结构沥青层层底应变、过渡层竖向压应力与竖向位移均明显减小;从拉应变循环幅值看,半刚性基层结构随车速的变化更敏感;相同轴重和车速下半刚性基层结构路基顶面的压应力远小于倒装式结构,半刚性基层结构荷载扩散能力更优;相同车速下,3种路面结构沥青层层底纵向应变循环幅值和路基顶土压力均随轴重增加而增大,且半刚性基层结构的增幅相对更大,即半刚性基层结构对荷载更敏感,倒装式结构对荷载适应性更强;车辆制动会引起沥青层层底残余应变、纵(横)向应变与应变循环幅值大幅增加,频繁制动易引起路面车辙变形和加速路面沥青层疲劳破坏。     

不同形式荷载下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析

在分析车辆荷载作用下路面结构响应时,车辆荷载通常被简化为静止、振动和匀速移动3类形式.为了准确把握荷载不同简化形式下路面结构响应的差异,根据柔性路面的典型结构形式,建立了路面结构的离散元模型;采用离散元颗粒流软件,分别模拟了静止、振动和移动荷载对路面结构的作用,并对比分析了不同荷载形式下路面结构的力学响应.结果表明,静止、振动荷载只能反映移动荷载作用于路面结构后最大响应,亦即移动荷载越过路面结构某位置的瞬间,静止荷载响应与振动和移动荷载响应的峰值相当;静止、振动荷载不能反映移动荷载对路面结构引起的拉、压交替响应,以及车辆移动引起的路面结构内水平剪应力不同方向的两次作用.     

全厚度车辙试验与足尺加速加载试验相关性研究

采用数值模拟的方法,建立了全厚度车辙试验和足尺加速加载试验的仿真模型。在此基础上,对全厚度车辙试验与足尺加速加载试验之间的相关性进行了研究,结果表明:(1)相同荷载大小、作用时间时,足尺加速加载试验的路面路结构车辙与全厚度车辙试验仿真结果的曲线趋势基本一致;(2)足尺加速加载试验路面结构竖向位移比全厚度车辙试验的竖向位移偏大,两者比值接近一条水平直线,表明足尺加速加载试验与全厚度车辙试验结果之间具有线性相关性;(3)基于全厚度车辙试验与足尺加速加载试验之间的线性相关性,可望利用全厚度车辙试验建立高精度的车辙预估模型。     

大跨度公铁两用钢桁梁悬索桥整体静动力特性分析

为给大跨度公铁两用悬索桥的设计提供参考,以某主跨1 092m公铁两用钢桁梁悬索桥为工程背景,采用MIDAS Civil建立该桥整体有限元模型,分析列车荷载不同加载长度对结构内力和变形的影响,提出合理的列车荷载图式加载长度;计算列车、汽车活载作用下的加劲梁挠跨比以及结构温度效应;分析结构的基本动力特性,并对铁路悬索桥合理约束体系进行探讨。结果表明:不同列车荷载图式加载长度对桥梁构件内力的影响不大;列车、汽车活载作用下的加劲梁竖向挠跨比为1/488,横向极限风作用下的加劲梁横向挠跨比为1/1 181;温度作用对加劲梁竖向挠度影响明显;该桥基频为0.094 8Hz,对应1阶正对称横弯,1阶竖弯频率为0.164 7Hz,扭弯频率比在2.0以上。     

随机荷载作用下沥青路面应力应变分析

应用有限元软件ABAQUS建立轮胎/路面结构模型,研究轮胎与路面的接触印迹及随机荷载下沥青路面三维结构应力、应变变化特征。结果表明:沥青路面竖向、横向、纵向应力应变随荷载的非线性增加而非线性增加,随路面深度增加应力应变逐渐减小,在沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中现象。在荷载作用分析点,竖向、横向及纵向应力最大应力值出现在上面层,竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向和横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,纵向方向反复的拉压变形,可能是导致路面轮迹带材料产生疲劳损坏的原因。沥青路面结构应力应变受温度变化、荷载等多种因素影响,残余应变恢复时间延迟体现沥青材料的黏弹性特征。     

动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能研究

为了探究经历车辆动态疲劳荷载作用后路面水泥混凝土力学性能的衰减规律,基于正交试验设计了力学性能、耐久性及工作性最佳的路面混凝土配比;选取了30%、50%、80%三个荷载应力水平,设计了4种不同的疲劳加载方案对路面混凝土进行疲劳试验。利用MTS测定了不同疲劳加载方案下路面混凝土的剩余强度和应力-应变曲线变化规律,并借助经典的断裂能理论对动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能进行研究。结果表明:应力水平为80%的动态疲劳荷载作用下路面混凝土的剩余弯拉强度呈现衰减趋势,加载4h后其剩余弯拉强度较基准降低了20%;当荷载应力水平为30%、50%时,动态疲劳荷载作用前期混凝土剩余弯拉强度出现负衰减,疲劳加载3h后其剩余弯拉强度较基准分别提高7.9%、3.1%;动态疲劳荷载造成路面混凝土脆性增加,其变形呈现"弹性-塑性-类似弹性"的三阶段衰减规律;路面混凝土的断裂能随着加载时间及荷载应力水平的增加逐渐降低,应力水平大于50%时疲劳荷载对混凝土的断裂能劣化显著;当应力水平为30%、50%和80%时,加载4h后断裂能较基准分别降低24%、57%和66%。