基于三维黏弹有限元法的沥青路面结构力学响应分析

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究。采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应。利用有限元分析软件ABAQUS,建立了基于实测参数的典型半刚性基层沥青路面三维黏弹有限元仿真模型,分析路面结构在不同加载位置下的力学响应,并与加速加载实测结果对比,验证模型的可行性;同时,对路面结构内部的力学响应规律进行分析。结果表明:所建立的仿真模型能较合理地模拟路面结构内部力学响应;沥青混合料黏弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点。对于沥青层,中面层和下面层上部剪应力和剪应变较大,为车辙发生的薄弱部位;对于沥青层底、水泥稳定碎石层底,控制疲劳开裂的力学响应为水平纵向拉应力和拉应变。     

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。     

永久性沥青路面试验路力学响应分布的数值仿真

为解决重载交通和复杂环境条件耦合作用下路面结构力学响应计算与实际不符的技术难题,采用永久性沥青路面试验路实测交通荷载、路面结构温度场和力学响应数据,分别构建轴载、路面温度场参数概率分布函数和基于轴载、温度变量的沥青层底最大应变力学响应回归模型。在此基础上,用计算机编程语言基于蒙特卡罗模拟法设计出参数抽样和沥青路面力学响应概率分布程序,建立了针对轴载、温度场参数离散型分布和正态分布特点的随机变量抽样方法,实现了参数输入和基于全年交通组成与温度变化周期的沥青路面力学响应分布的模拟仿真。结果表明,模拟的力学响应分布与工程实测结果一致,均近似服从正态分布。研究证明了通过蒙特卡罗模拟可揭示路面结构在荷载和温度耦合作用下的力学响应规律。     

重荷载作用下橡胶沥青面层结构的三维非均布动力响应分析

为了掌握重型移动车辆荷载作用后橡胶沥青路面的力学响应,文章首先基于路面平整度车辆振动因素选取了1/4动力学模型作为重载车辆模型;而后,基于路面结构、边界条件、材料参数等条件,建立在非均布移动重荷载作用下,橡胶沥青路面的三维瞬态动力学有限元模型;最后,基于有限元模型给出橡胶沥青路面在移动重型车辆荷载作用下的动力响应时程变化规律和空间分布规律。结果表明,橡胶沥青路面结构的力学响应呈波动性及正负交替变换,横向、竖向的应力应变先迅速增加后减小,荷载离开后留有一定的残存变形,下部应变比上部应变恢复得快;纵向应力始终为负,且在中下面层中,移动车辆荷载出现了微小波动;橡胶沥青路面吸收应力应变的能力比普通沥青路面强。     

山东省高速公路沥青路面典型结构力学响应观测验证

基于路面温度场采集系统和应力应变采集系统对山东省高速公路沥青路面典型结构进行了力学响应观测,并基于实测温度场对路面材料模量参数进行了温度修正,采用有限元法建立了路面结构力学模型,对路面结构在不同车速作用下的力学响应进行了观测验证。结果表明,路面结构实测应变与理论分析结果能很好的吻合,为路面结构、材料在荷载作用下的行为规律研究提供了大量有用线索。     

水平荷载作用下沥青路面表面开裂机理分析

基于线弹性力学和有限元方法，建立路面结构三维模型。计算垂直荷载、水平荷载及其组合作用下沥青路面力学响应，分析沥青路面表面开裂的机理。结果表明，沥青路面表面裂纹是水平荷载与垂直荷载组合作用导致的剪切或拉伸破坏，水平荷载是破坏的主要因素。     

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。     

沥青混凝土路面梯度特性分析

沥青混凝土路面结构在路面温度场及老化作用下会产生梯度特性,而传统的路面设计与力学计算中并未考虑路面结构的这种梯度特性.采用有限元软件ABAQUS建立沥青路面结构的考虑梯度特性的梯度模型与不考虑结构梯度特性的均匀模型,并对两种模型进行了对比分析.结果表明,路面梯度特性对路面结构在行车荷载作用下的力学响应影响显著,因此,在沥青路面结构设计及力学分析中,应当考虑路面结构梯度特性的影响.     

旧水泥混凝土路面上沥青薄层罩面力学响应分析

为了研究旧水泥混凝土路面上沥青薄层罩面的力学行为,运用BISAR程序对荷载作用下旧水泥混凝土路面上沥青薄层罩层层内及层间力学的响应规律做了分析,通过定义最不利值探讨了材料和荷载参数变化对罩面层结构应力的影响。结果显示:超载对罩面层的影响比罩面层厚度和模量的增加对罩面层的影响要大;当荷载、罩面层模量、罩面层厚度同时增加50%时,罩面层模量对减小εmax、γmax最有利,增大模量可以减小剪切变形,增强路面的抗滑移能力;从减小最大剪应力γmax的效果来看,增大罩面层模量比增加罩面层厚度更合理。     

长寿命沥青路面结构材料参数变化的力学响应

在车轮荷载作用下,长寿命沥青路面结构层材料模量变化时,其力学响应有很大不同。文中选取合理路面结构与参数取值范围,采用有针对性的网格划分方法,建立了长寿命沥青路面结构力学响应三维有限元分析模型;并以典型长寿命沥青路面结构为对象,分析总结了结构层材料模量变化时长寿命沥青路面力学响应的变化趋势,为长寿命沥青路面的实践、设计理论与设计方法的研究提供理论参考。     

水-应力耦合作用下沥青路面的力学响应

为研究沥青路面水损害的机理,基于弹塑性理论,应用FLAC3D程序进行建模,分析饱和沥青路面在瞬时汽车荷载作用下的力学响应情况。结果表明:将饱和沥青混凝土路面面层厚度作为控制变量时,路面受到的水平应力、竖向应力、剪切应力随瞬时荷载的增大而增大;水平应力最大值主要集中在碎石层与LSPM的交界面处,竖向应力和剪切应力分布在饱和沥青混凝土面层内;变形从沥青路表面到土基层呈线性减小。     

沥青路面失效开裂的数值模拟研究

为了深入了解沥青路面受荷载作用时的裂缝扩展规律,基于失效开裂材料二次开发以及扩展有限元方法,建立沥青路面的数值计算模型。通过试验与计算结果对比,分析沥青复合梁在荷载作用下的失效开裂特性,对比研究失效开裂材料二次开发模型与扩展有限元模型的计算结果。结果表明:基于失效开裂材料二次开发建立的计算模型可以很好地模拟沥青路面的裂缝扩展规律,计算结果与试验结果吻合良好;预设裂缝对路面受力性能的影响极大,在进行实际施工时应尽量减少路面材料裂缝,并提高路面的抗疲劳性能,以保证其良好的受力性能;平板支撑方式下沥青复合小梁裂缝扩展行为与实际路面状况极为接近;相比扩展有限元方法,基于失效开裂材料二次开发建立的计算模型适用性更好。     

阜周高速试验路的荷载响应分析

为了研究沥青路面的现场荷载响应,以阜周高速长寿命试验路为载体,通过在路面结构内埋设仪器,测得了路面结构的荷载响应数据。以试验路数据为基础,分析沥青路面结构在荷载作用下的应力、应变和温度的变化特性。并将现场检测结果与力学计算结果进行对比分析,验证路面设计理论的可靠性。     

柔性基层沥青路面三维粘弹性有限元分析

柔性基层沥青路面由于基层强度和刚度减小,在汽车荷载作用下土基和路面材料的非线性力学特性更明显,因而在进行路面的力学分析时应考虑这些材料的非线性特性.利用ANSYS通用有限元软件,建立了柔性基层沥青路面典型结构的三维实体模型,利用非线性有限元的方法对柔性基层沥青路面的空间非线性力学响应进行了分析和研究.     

不同路面结构的重载敏感性分析

我国主要的路面结构为半刚性基层沥青混路面、水泥混凝土路面及柔性基层沥青路面,不同的路面结构在荷载的作用下表现出不同的力学特性。本文通过非线性力学分析,探讨了路面结构在重载作用下的非线性特性,得出了考虑重载条件的沥青路面轴载换算方法。结合路面结构轴载状况的调查及新的轴载换算方法,分析了不同路面结构对重载的敏感性。     

滨州永久性沥青路面试验路初期阶段研究综述

针对传统设计的沥青路面结构需要周期性改建的重大技术难题,从重载作用下路面结构疲劳损坏的机理入手,首次铺筑重载交通条件下具备路面响应实时监测和长期性能观测条件的永久性沥青路面试验生产路。建立了典型重载交通道路的轴载谱参数和重载交通条件下路面力学响应实测数据库。通过对不同结构组合的路面结构力学响应规律的研究,得出了不同的路面受力状态规律,构建了路面力学响应新模型。在以上研究的基础上提出了重载条件下永久性沥青路面典型结构形式,推荐结构4作为典型永久性沥青路面结构推广应用,并初步形成基于累计损伤与极限应变的永久性沥青路面结构设计方法。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺结构力学分析

为防止和延缓旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层反射裂缝的产生和发展,采用有限元法,对直接加铺与施加防反射裂缝措施后再进行加铺的路面结构进行了力学分析和比较,以总结交通荷载、温度变化、材料参数以及采取防反射裂缝措施后对旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构的影响规律.     

碎石基层的塑性变形对混凝土路面力学行为的影响

在这项研究中,通过与旋转硬化概念的结合来修正基于广义SMP准则的原始改良Cam-Clay模型,模拟在水泥混凝土板下碎石基层的塑性变形的发展,称之为旋转硬化Cam-Clay模型.模型通过预测塑性变形累计曲线和对碎石基层循环加载的三轴压缩试验得到的试验值相比较来确认.模型成功地预测了试件塑性变形的发展,塑性变形在一开始时迅速增长,此后增长的速率减小.该模型与三维有限元模型 (3DFEM)结合,在足尺试验路面上进行模拟试验.试验发现,水泥混凝土路面的弯沉值随着荷载重复次数的增加而增加,表明在水泥混凝土板下由于基层的塑性变形而产生了缝隙.通过引入等效荷载次数的概念来模拟在合理的计算时间内施加大量循环荷载的塑性回应.模拟结果和试验数据比较表明该概念是有效的.此外,调查了由于基层缝隙而引起的水泥混凝土路面的力学响应(变形,压力以及弯沉).     

基于材料非线性的沥青路面结构当量力学分析方法

针对目前沥青路面结构分析中存在的线弹性层状体系假设无法描述材料非线性特性以及结构层模量取值不合理等问题,为了寻找更加符合路面结构非线性服役行为的沥青路面结构分析方法,将材料非线性与层状体系相结合,研究3种典型路面材料模量依赖模型,建立材料模量与结构模量跨越的联系机制,提出了一种基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法,并通过足尺环道实测应变结果对方法的可靠性进行了验证。研究结果表明：基于材料非线性的沥青路面结构分析当量计算方法,其计算结果与足尺环道实测结果之间具有良好的相关性,方法可靠、合理,可以作为沥青路面非线性分析的一种计算手段;基于材料非线性原理构建的沥青混合料、半刚性材料和路基土的模量依赖模型,可以用于表征路面结构计算中的材料非线性特性;采用Mises等效应力可作为室内单一应力状态和现场复杂应力状态的联系机制,以协调室内试验模式和现场实际受力状态;当路面结构形式、荷载与环境条件确定时,路面结构的力学响应具有唯一性。所提出的当量计算方法一方面获得了一种确定路面材料回弹模量取值的有效技术途径,另一方面改进了沥青路面结构力学分析的合理性和可靠性,在非线性沥青路面分析理论和计算方法等方面具有一定的学术意义和应用价值。     

川西寒区沥青混凝土路面荷载应力响应的环境影响因素分析

为反映川西寒区复杂的气温条件对沥青路面荷载应力响应的影响,以沥青混凝土劲度模量为面层结构的基本力学参数,结合对寒区气候时空分布数据的收集和整理,采用数值计算方法,对比了川西冬寒区与冬冷区沥青面层对行车荷载作用的应力响应,发现就沥青路面结构层最大拉应力而言,寒区超低温对面层的影响明显高于冬冷区,而水稳基层则相对不敏感。基于此提出:在川西寒区特殊环境下,沥青路面的厚度设计当更加重视气温在空间和时段上的分布规律。