温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

结构参数的变化对沥青路面应力、位移分布规律的影响

本文应用弹性理论分析了高等级公路沥青路面结构层在双圆垂直均布荷载作用下的应力、位移分布规律，探讨了路面结构在常温状态下，结构参数的变化对沥青路面应力、位移分布规律的影响，为合理控制选择路面结构参数，作好路面结构组合设计工作奠定基础。     

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。     

荷载、速率效应对路基受力变形的影响研究

通过实施典型路面结构试槽工程,布设土压力计传感器,采用标准车在5、10和15km/h的行驶速度下,分析荷载速率变化对路基受力变形的影响规律。结果表明:不同沥青路面结构的路基压应力变化规律相似,静荷载工况下的路基压应力均大于动荷载工况;研究同时构建出了典型路面结构路基压应力随荷载速度变化的数学模型,揭示出了沥青路面结构在超重荷载工况下,路基压应力值受荷载速度效应影响显著。     

表面排水条件对饱水沥青路面动力响应的影响分析

首先建立动态荷载作用下,饱和状态沥青路面轴对称瞬态动力分析有限元模型,并给出有限元分析的荷载条件、边界条件和材料参数;而后分析表面排水和表面不排水两种条件下的竖向位移、竖向应力、水平应力、剪应力和孔隙水压力沿深度方向的分布和时程变化,以确定表面排水条件对饱和状态沥青路面动力响应的影响。结果表明,与表面排水条件相比,表面不排水状况对位移场影响不大,而对应力场影响较大;后者在轮胎边缘外侧产生了较大的竖向拉应力,同时产生了更大的正孔隙水压力,使得路面结构处于更加不利的受力状态。     

温度与移动荷载作用下特重交通RCC基层沥青路面结构响应分析

为便于传统半刚性基层沥青路面改造方案结构优选,使改造后的路面能更好地承受特重交通与环境温度作用,针对碾压混凝土(RCC)基层以及组合式基层沥青路面两种改造方案,利用ABAQUS有限元软件进行其在大气温度作用下的路面结构温度场预估、温度应力分析,以及典型温度场与移动荷载的耦合分析。结果表明:①大气温度对路面温度场的影响主要集中在面层,尤其是中上面层,温度变化梯度对温度应力影响较大;②温度应力主要集中在基层及以上结构层,面层在温度较低时承受拉应力,基层顶面承受较大的温度压应力;③相比于组合式基层,RCC基层沥青路面在温度与移动荷载共同作用下,其沥青中下面层剪应力、沥青层层底弯拉应变以及土基顶部压应变等均具有更为明显的力学优势,且抗疲劳开裂和永久变形损伤预期寿命最长。RCC基层沥青路面可作为特重交通路面改造工程的优选结构。     

含应力吸收层的旧沥青路面加铺沥青层力学分析

基于旧沥青路面加铺沥青面层的结构特点,采用有限元方法对设置应力吸收层的加铺层结构进行荷载、温度及耦合条件下的力学分析,并进一步分析了应力吸收层厚度、模量对计算结果的影响。研究结果表明:设置应力吸收层后,加铺层的荷载、温度及耦合应力均有较大的降低;应力吸收层的厚度、模量在不同荷载条件下对加铺层拉应力、剪应力有不同的影响,对其自身的影响也不尽相同。在加铺设计和施工时,可选用低模量、高变形材料作为应力吸收夹层,但应综合考虑以选取合适的材料参数。     

含应力吸收层的旧沥青路面加铺沥青层力学分析

基于旧沥青路面加铺沥青面层的结构特点,采用有限元方法对设置应力吸收层的加铺层结构进行荷载、温度及耦合条件下的力学分析,并进一步分析了应力吸收层厚度、模量对计算结果的影响。研究结果表明：设置应力吸收层后,加铺层的荷载、温度及耦合应力均有较大的降低;应力吸收层的厚度、模量在不同荷载条件下对加铺层拉应力、剪应力有不同的影响,对其自身的影响也不尽相同。在加铺设计和施工时,可选用低模量、高变形材料作为应力吸收夹层,但应综合考虑以选取合适的材料参数。     

旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响分析

采用有限元方法,分析了旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响,得到了板底荷载和温度最大耦合应力随加铺层厚度和模量等参数变化的规律。结果表明:旧沥青路面横向裂缝位于加铺水泥混凝土板板中时,板底荷载应力、温度应力及二者耦合应力均为最大,且随加铺水泥混凝土板模量增加而增大,随水泥加铺层厚度的增加而减少。     

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。