基于沥青路面结构力学行为的车辙深度控制标准

为了进一步规范沥青路面车辙深度的控制标准, 研究了车辙深度对路面结构的影响; 考虑车辙断面特征, 建立了车辆跨越车辙时的动荷载计算模型, 并以冲击系数量化了车辆对路面结构的冲击效应; 通过数值仿真研究了车辆荷载作用下路面结构的内部损伤, 探索了不同车辙深度下路面使用性能的衰减规律。研究结果表明: 车辙深度对路面结构的冲击效应不可忽视, 冲击系数随着车辙加深线性增加, 基于冲击效应的车辙深度应不大于11 mm; 沥青混合料层的最大拉应变位于上面层层底, 与车辙深度正相关, 中面层和下面层的拉应变与车辙深度负相关, 但应变水平显著低于上面层, 基于面层弯拉破坏的车辙深度应不大于15 mm; 最大剪应力出现在上面层层底, 随着车辙深度的增加缓慢增大; 车辙深度处于5~10 mm, 各面层的剪应力整体变化较小, 当其从10 mm增加到25 mm时, 上面层0~1 cm深度处的剪应力增加了14.5%, 增速明显超过中面层和下面层剪应力的减小速度, 基于面层剪切破坏的车辙深度应不大于10 mm; 车辙深度对无机结合料稳定层拉应力的影响不大; 车辙深度超过15 mm后应关注路基顶面压应变的变化, 防止路基出现大的变形。      

沥青路面动态响应数值分析

为了优化沥青路面结构设计,引入无反射边界,依据结构动力理论,利用有限元数值分析方法,对多层沥青路面在移动荷载作用下的动态响应进行了分析。发现沥青面层的拉应力和路表弯沉随着基层模量、层间摩擦系数、行车速度和面层材料阻尼的增大而减小,剪切应力随着轮胎接地压力和基层模量的增大而增大。分析结果表明:基层设计需要综合优化设计,简单增加基层模量和厚度都是不合适的;良好的层间接触状态以及使用较大阻尼的材料,有利于路面性能的改善;提高行车速度可以延长路面的使用寿命。     

层间接触状态对沥青路面结构受力的影响

路面结构层的层间结合是影响路面整体结构强度的重要因素,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了面层竖向应力、面层和基层底面拉应力、路表弯沉、面层剪应力最大值的产生位置,以及路面结构层层间接触状态的变化趋势。分析结果表明:层间完全滑动状态下,路表弯沉、基层底拉应力、面层竖向应力、面层剪应力等路面设计控制指标比连续状态提高1.5～2.5倍;面层、基层疲劳寿命比连续状态急剧降低。     

不同荷载作用下半刚性沥青路面力学响应规律

基于半刚性基层路面典型结构建立三维力学模型,综合考虑常载、常载+刹车、超载和超载+刹车4种组合荷载,采用双轮最不利矩形接触面形式,并运用特征路径分析方式,数值模拟了路表及深层内力学响应规律。结果表明:刹车对路表弯沉和路基顶面压应变影响较小,超载影响显著;刹车主要对面层弯拉应力影响较大,并使上面层出现较大拉应力,对基层基本无影响,超载使基层弯拉应力增大显著;超载和刹车对剪应力峰值增大明显,特别是刹车使剪应力增大极其显著;在不同荷载作用下,从路表沿深度方向力学响应峰值位置会发生变化,在进行沥青路面结构设计和力学分析时应取相应位置处的值作为力学控制指标。     

动荷载作用下沥青路面动态响应研究

为了进一步明确动荷载作用下半刚性沥青路面的动态响应,通过模型计算,研究了轴重、速度和材料弹性模量等因素对各动态响应值的影响。结果表明,增大轴重会使基层顶部竖向应变、路表弯沉和面层底部横向剪应变等指标显著增大,会加速路面的破坏,因此实际中要控制重载和超载车辆比例;车速越大,各响应值越小,对沥青路面的破坏越小;增大下面层模量能显著减小面层弯拉应变,增大中面层模量能显著减小路表弯沉;增大基层模量能有效减小路表弯沉和基层顶部竖向压应变,但对面层的弯拉应变影响很小。     

柔性路面结构刚度组成现场快速评定方法的探讨

本文以弹性层状体系理论为基础,应用所编制的计算机分析程序,通过大量的计算分析,研究了路表弯沉盆特性与路面结构刚度组成之间的对应关系;在此基础上运用分析比较法,重点以三层体系为研究对象,得出了由路表弯沉、弯沉盆参数来推求路面结构各层弹性模量的计算公式及图表,从而建立了通过落锤式弯沉仪(FWD),在不破损路面的情况下,量测路表弯沉盆,现场快速评定路面结构刚度组成的方法。     

半柔性路面结构的力学响应分析

通过力学计算分析了半柔性路面在标准荷载及超载作用下的力学响应,结果表明:轮隙中心点下的半刚性基层层底拉应力最大;荷载作用中心点下处的路表弯沉、面层层底拉应变和面层内最大剪应力最大;路表最大弯沉值、面层层底最大拉应变、面层内最大剪应力及半刚性基层底最大拉应力都随着轴载的增加而增大。     

复合式碾压混凝土路面荷载应力分析

采用ANSYS三维有限元分析技术,建立弹性地基上双层板三维路面结构模型,对复合式碾压混凝土路面结构进行了多种因素影响下的路面荷载应力分析,包括基层和面层的层间接触状况分析,临界荷位分析,碾压混凝土面层的模量和厚度、水泥稳定碎石基层的模量和厚度、以及路基的模量等因素对板底弯拉应力的影响分析,以试验路的荷载应力、温度应力理论计算以及回弹弯沉实测结果,作为路面典型结构的路用性能参考。     

复合式碾压混凝土路面荷载应力分析

采用ANSYS三维有限元分析技术,建立弹性地基上双层板三维路面结构模型,对复合式碾压混凝土路面结构进行了多种因素影响下的路面荷载应力分析,包括基层和面层的层间接触状况分析,临界荷位分析,碾压混凝土面层的模量和厚度、水泥稳定碎石基层的模量和厚度、以及路基的模量等因素对板底弯拉应力的影响分析,以试验路的荷载应力、温度应力理论计算以及回弹弯沉实测结果,作为路面典型结构的路用性能参考。     

预防性养护措施的开发与组织实施

1高速公路路面的预防性养护 沪宁高速公路全长258.46 km,路面结构类型为沥青混凝土,设计弯沉为0.326 mm,路面宽度为21.5 m,路面厚度为16cm,其中上面层4 cm、中面层6 cm、基层为20cm厚二灰碎石,底基层为40cm厚二灰土.     

荷载接触形式对路面结构力学指标的影响分析

传统沥青路面结构力学模型通常将车辆荷载假定为圆形、椭圆形、矩形,与实际路面结构在非均布荷载作用下的真实受力状态有一定的区别。应用3D-Move Analysis有限层软件,建立黏弹性材料特性下力学响应模型,对比分析了静载和动载情况下,不同荷载接触形式对路面结构剪应力、路表弯沉、面层底部拉应力、土基顶部压应变最大值及位置的影响;分析了水平力系数和轴载变化时,各指标最大值的变化规律。结果表明:不同荷载状态、荷载接触形式作用下,各力学指标最大值及位置有较大的区别;汽车匀速行驶时,按照传统静载计算结果进行力学指标设计是偏于安全的;汽车制启动时,计算结果比静载偏大,并随着水平力系数的增加持续增大,仍按传统静载结果设计容易导致车辙、疲劳开裂等早期损坏现象;不同荷载接触形式,各力学指标均随轴载的增加而增大。     

沥青路面高速激光弯沉快速测试方法研究

为研究高速激光弯沉快速测试方法在高速公路和干线公路沥青路面的应用,分析了该测试方法在不同速度下的变异性以及多次测试的重复性,对比了半刚性基层、柔性基层路面的高速激光弯沉值与FWD(落锤式弯沉仪)弯沉值的相关性,探讨了采用高速激光弯沉判断沥青路面状况好坏的评价标准。结果表明:高速激光弯沉的检测重复性基本达到93%以上,速度影响变异系数小于7%,即测量速度对测量结果影响较小;高速激光弯沉测试结果比FWD所测值略大,相关性为0.3~0.4;采用路面结构状况评价参数D0-D20>95.2528μm、D20-D60>127.8195μm分别作为面层、基层状况好坏的判断标准。因此,建议在全省高速公路路网路面结构状况普查时考虑采用高速激光弯沉测试方法。     

G207锡海线公路改建工程路基弯沉检测方法对比分析

路面结构不同,弯沉影响半径亦不同。国内公路大多采用半刚性基层沥青路面结构,沥青面层在荷载应力与温度应力的共同作用下,由于强度不足,从而产生过量变形弯沉。弯沉测试从车后轴双轮隙通过时测量,以G207锡海线公路改建工程路基弯沉检测为例,通过调查收集G207现有道路状况及承载能力,确定老路路面弯沉度。根据G207路面路段贝克曼梁弯沉仪和落锤式弯沉仪两种方法检测实验数据对比,研究确定老路路面弯沉度。从而根据不同路段确定采用不同检测方法原则,收到了良好的效果。     

BRT公交车制动状态下沥青铺面受力特征

为了揭示桥面铺装动态荷载下的力学响应规律,以成都某高架混凝土桥沥青铺装工程为依托,以BRT公交车进站制动情况为荷载背景,采用数值模拟分析方法,结合正交试验数值分析结果,进行了桥面铺装方案的结构优化比选.以正交试验得出的优选方案为对象,进一步分析了车辆移动速度对BRT停靠站刹车减速段桥面铺装体系的受力影响,解释了其作用机理.研究表明:振动冲击与作用时间的综合作用导致铺装层竖向变形和剪应力响应存在"临界速度"的现象;不同初始车速下,各轴轮印处面层弯拉应力及剪应力存在短时快变的正负应力交互作用;在制动荷载作用下,表层剪应力较大,并在初始速度60 km/h制动工况下达到极值;在靠近公交站台等车辆制动或加速相对频繁的路段,应特别注意提高铺装层的抗剪切及抗疲劳能力,同时加强层间粘结.     

面-基层界面粘结强度对路面力学响应的影响

由于沥青面层与基层材料存在较大差异,其接触位置存在强度突变界面,而界面的粘结强度对路面的力学响应有较大影响.首先基于BISAR3.0软件,对层间粘结强度的表征指标进行介绍,其次通过对行车荷载的模拟,分析不同层间粘结强度条件下,路面结构内部的剪应力、拉应力、弯沉等力学响应,为提高面层-基层界面粘结强度提供理论基础.     

半刚性基层沥青路面橡胶应力吸收层的合理性厚度及弹性模量研究

利用Asphalt Pavement Design设计软件建立半刚性基层沥青路面结构分析模型,对比半刚性沥青路面结构在静载及制动荷载耦合作用下,设置橡胶应力吸收层与未设置橡胶应力吸收层对路面各结构层顶面弯沉和层底弯拉应力的影响,经分析,推荐橡胶沥青应力吸收层厚度为1cm,模量值为400～600MPa.     

中、下面层局部全脱空对三层结构面层的沥青路面受力影响

采用3层结构的沥青路面典型结构,针对中面层与下面层局部全脱空的情形,考虑荷载作用在脱空中部以及边缘两种不同的荷载作用位置,利用有限元方法,建立全黏结、局部全脱空的对比模型,计算研究竖向荷载作用下不同层间接触状态的沥青路面各层的弯沉、剪应力与弯拉应力,并对比不同荷载作用位置对各层力学响应的影响。研究表明:局部全脱空对面层相应的影响不可忽略。     

半刚性沥青路面动荷载力学响应数值分析

利用ANSYS有限元系统对我省常见的半刚性沥青混凝土路面结构进行动态三维数值分析，经分析，路表动态弯沉值、基层底面拉应力和拉应变均随加载周期的增加呈现先增大后减小的变化规律，当动荷载周期为0．500s时，动弯沉比静弯沉大21％，因此，车辆速度过低会缩短路面的使用寿命。     

有限元分析纵坡路段路面结构动态力学响应

采用静态力学分析纵坡路段路面结构,能够得出推移是由于层间剪应力增大引起的,但不能合理解释实际存在的车辙问题。采用ANSYS三维有限元瞬态计算方法,模拟路面结构受到的动态车辆荷载作用,并依据国外路面设计理论,分析路面结构各层层底拉应变、面层内最大压应变以及路表弯沉值、面层与基层间的剪应力。得出纵坡路段的行车速度慢是车辙形成的主要原因,层间剪切破坏的发生主要跟纵坡坡度大小有关的结论。     

倒装式级配碎石层厚度对沥青路面设计指标的影响研究

大量的研究表明,柔性基层具有水稳定性好、承载力优良、施工方便等诸多优点。依托实体工程,分别采用ABAQUS和BISAR对5种厚度的级配碎石半刚性基层过渡层的路面结构进行分析计算,分析沥青层底拉应力设计弯沉两个设计指标与级配碎石和模量的关系。研究表明：随着级配碎石厚度的增加,沥青面层拉应力与设计弯沉均呈上升趋势。增加级配碎石模量有助于改善受力状况。作为半刚性基层过渡层,级配碎石层厚度应控制在15 cm内,其模量应大于400 MPa。