隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂影响因素研究

通过建立隧道半刚性基层沥青路面有限元模型, 对隧道内半刚性基层 (预设横向贯通裂缝) 沥青路面沥青层疲劳开裂进行研究, 研究表明对于隧道内半刚性基层沥青路面, 由于沥青层内最大拉应变显著大于沥青层底拉应变, 导致沥青层内的疲劳寿命远小于沥青层底的疲劳寿命。 沥青层层底疲劳开裂寿命影响因素敏感性排序为： 基层模量＞面层模量≈面层厚度＞基层厚度。 基层模量越大、 基层厚度越厚、 沥青面层模量越小对沥青面层疲劳开裂寿命越有利。     

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基于半刚性基层沥青路面反射裂缝严重性,应用断裂力学理论及有限元软件ABAQUS,建立20结点等参有限元模型,数值模拟沥青路面反射裂缝的扩展,并应用Paris公式预估其疲劳扩展寿命,分析探讨反射裂缝扩展过程中应力强度因子K2 的变化规律及路面结构参数对其扩展寿命的影响.计算表明：(1)沥青面层反射裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,K2 随着裂缝的扩展不断增大,初期扩展速度较慢,后期扩展速度急剧增加,直至破坏.(2)路面结构参数中,面层厚度、基层模量、底基层厚度、底基层模量和土基模量的增加对面层反射裂缝疲劳扩展寿命有利,而面层模量和基层厚度的增加则不利于面层反射裂缝的疲劳扩展.     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层温度应力分析

为研究多孔混凝土基层上覆沥青面层的受力状态,建立了沥青路面三维有限元模型.引入横观各向同性弹性本构关系模型实现沥青路面结构层间接触状态的数值模拟.利用有限元方法计算了多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的温度应力.结果表明:降温时,面层模量的变化对面层的拉应力和剪应力影响较大.计算点A的拉应力随着面层模量的增大而减小,计算点B的拉应力随着面层模量的增大而增大.计算点A和计算点B的剪应力随面层模量的增大而明显增大.     

刚性基层长寿命沥青路面抗反射裂缝力学分析

刚性基层长寿命沥青路面沥青层底部的反射裂缝,是由水泥混凝土板接缝处应力集中导致沥青面层底部应力过大引起的。应用Abaqus有限元软件计算车辆荷载作用下沥青层底部接缝处的应力状态,分析了应力吸收层类型、车辆轴载、接缝宽度、沥青面层厚度与模量、水泥混凝土基层厚度与模量、基础模量等因素对延缓反射裂缝的影响。     

半刚性基层沥青路面面层层位功能分析

前言随着国外耐久性沥青路面(或称长寿命沥青路面)设计理念的引进,我国道路工作者对沥青路面结构组合设计越来越重视,半刚性沥青路面结构的沥青面层厚度有逐渐增厚的趋势。那么,沥青面层分几层设计合适,每一沥青层材料设计应侧重哪些方面的性能要求等,则是沥青路面结构设计必须要明确的关键问题,否则,盲目的增加沥青面层厚度将很难起到路面耐久的作用。本文利用长寿命沥青路面设计分析软件BISAR3.0,以及希尔斯(Hills)和布来因(Brien)提出的温度应力计算公式,分析了半刚性基层沥青路面在沥青面层厚度、模量、行车荷载和环境温度等条件下的沥青面层应力分布规律,并依此确定沥青面层不同深度的功能分区,对指导半刚性基层沥青路面的沥青面层组合设计具有重要意义。     

半刚性基层沥青路面-路基协调设计

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立两种典型半刚性基层沥青路面结构的三维有限元模型,针对3种路基高度和4种路基回弹模量,计算半波正弦荷载作用下路面结构的动态响应,结合半刚性路面各结构层疲劳寿命预估方程,分析路面结构疲劳寿命随路基回弹模量变化的规律和相互协调问题。结合交通等级标准,确定满足不同交通等级的临界路基模量。分析表明:路基模量对沥青层疲劳寿命影响较小,对半刚性基层和永久变形预估寿命影响较大;路基高度对半刚性基层路面各结构层疲劳寿命的影响均较小,尤其是对沥青层疲劳寿命影响更小;具有柔性底基层的半刚性路面结构的临界路基模量比具有半刚性底基层的路面结构大。     

关于沥青路面面层剪应力的几点认识

目前沥青路面的车辙病害越来越严重,车辙形成的主要原因是荷载作用下产生的剪应力高于高温时沥青混合料的抗剪强度;然而,利用我国现行沥青路面设计规范进行路面结构设计过程中没有考虑剪应力的影响。通过对不同面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量以及不同荷载压力时沥青面层不同深度的最大剪应力进行了计算分析,为沥青路面设计提供了一定的参考依据。     

沥青路面寿命后期沥青面层对结构强度的影响分析

在沥青路面寿命前期,沥青面层对结构强度的贡献举足轻重。但在寿命后期,由于重载、疲劳、水损害等诸多原因,沥青面层使用性能逐渐下降,对路面结构整体强度的贡献也在逐渐减小。以108国道霍州至侯马一级公路襄汾城区段的路面结构承载力调查数据为依据,分析了在沥青路面寿命后期,沥青面层对整个路面结构强度的影响。结果表明,在沥青路面寿命后期,沥青面层基本不起强度作用,强度几乎均由基层和底基层承担。研究成果可为沥青路面旧路改造,如铣刨沥青面层后重新铺筑新结构层等情况提供参考。     

级配碎石厚度对倒装式沥青路面结构受力及寿命的影响研究

文章以宿迁市326省道大修工程为依托,针对不同的级配碎石基层厚度,采用BISAR软件对沥青路面进行了力学计算,分析了路表弯沉、沥青面层底拉应力、半刚性基层底拉应力和沥青面层内竖向应力最大值产生的位置,以及随级配碎石层厚度的变化趋势,并对倒装式沥青路面寿命进行了研究。结果表明:随着级配碎石基层厚度的增加,路表弯沉呈线性减少趋势,半刚性基层底拉应力、不同层位的竖向应力和沥青路面的疲劳寿命逐渐减少,趋势逐渐变缓,沥青面层底拉应力逐渐增加,趋势逐渐变缓;级配碎石基层的设置及其厚度的增加对基层未开裂的沥青路面设计是不利的,但可减少基层开裂对沥青面层的影响。     

路基回弹模量对沥青路面设计参数的影响

路基回弹模量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,分析了路表弯沉、基层底面拉应力、面层剪应力等沥青路面设计参数伴随路基回弹模量变化的趋势。分析结果表明:随着路基回弹模量的增加,路面结构层的力学性能得到明显的改善,路面的理论疲劳寿命也大为提高。     

柔性基层沥青路面结构设计参数分析

综合分析了国内外柔性基层沥青路面典型结构,采用正交分析方法,讨论了沥青稳定基层厚度、级配碎石基层厚度及土基模量等关键结构参数对路表回弹弯沉、沥青层层底拉应力2个柔性基层沥青路面性能指标的影响。研究表明:土基模量对于路表回弹弯沉的影响最为显著;当沥青层厚度在25 cm以内时,增加沥青层厚度可以减小沥青层底拉应力,延长沥青路面疲劳寿命。     

考虑旧路剩余寿命的加铺层结构设计

通过沥青混合料小梁的室内二级荷载疲劳试验,模拟旧路沥青面层材料加铺前和加铺后的疲劳损伤特性.运用混凝土材料等效损伤理论,进行了半刚性基层荷载作用次数在加铺前后的换算,系统地提出了包括旧路面层和基层的剩余寿命预估、加铺层设计和验算在内的沥青加铺层设计方法,并采用此方法对山东省东港高速公路加铺结构进行设计.分析结果表明:初拟结构一、二的疲劳寿命都能满足交通量的要求,但是考虑到经济因素以及各结构层疲劳寿命与交通量的协调性,建议采用12 cm LSPM-25的结构二作为东港高速公路的加铺结构.     

基于疲劳方程的水泥乳化沥青稳定碎石基层试验研究

水泥乳化沥青稳定碎石作为路面结构基层材料,其路面结构设计的控制指标也应是抗拉强度,因此,对路面结构进行疲劳寿命预测,以验证设计的合理性是非常必要的。根据水泥乳化沥青稳定碎石基层配合比设计结果,对三种不同配比组成的梁式试件在控制应力水平的条件下进行疲劳性能试验,研究材料的抗疲劳能力,并建立疲劳寿命预估方程,对水稳碎石基层施工具有指导意义。     

考虑横观各向同性疲劳损伤的沥青路面数值模型

为研究车辆荷载作用下沥青路面的疲劳损伤问题,假定路面结构内受拉区的疲劳损伤横观各向同性,推导了沥青路面考虑横观各向同性疲劳损伤的本构方程.采用FORTRAN语言开发了材料子程序UMAT,结合有限元分析软件ABAQUS,得到了沥青路面的横观各向同性疲劳损伤数值分析模型.通过对该模型在不同荷载下的疲劳寿命分析,建立了荷载-疲劳寿命曲线,与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性,并分析了损伤度及水平拉应力在路面结构内的分布规律.研究结果表明:疲劳损伤主要分布在基层底面双轮中心线附近,该位置最先产生疲劳裂纹,随着荷载作用次数增加,受损区水平拉应力在减小的同时,分布规律也发生了很大的改变,其最大值位置沿道路竖向从基层底面向上移动,沿道路横向从双轮中心线位置往两侧移动;本文方法得到的路面疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差在4.57%~9.82%之间.      

沥青稳定基层ATB25混合料疲劳试验研究

沥青稳定基层耐疲劳性能是柔性基层沥青路面使用寿命的关键影响因素。对5种级配的沥青稳定碎石基层ATB 25混合料进行了控制应力的三分点小梁弯曲疲劳试验;分析了矿料级配、沥青品种对疲劳性能的影响。研究表明:不同级配的沥青稳定基层ATB 25混合料疲劳性能差别不大,说明采用低标号沥青的沥青稳定基层对应力水平变化更敏感。通过试验结果的同归分析并考虑现场修正系数,获得了沥青稳定基层的疲劳方程,可为柔性基层沥青路面结构设计提供参考。     

环氧沥青混凝土复合铺装结构疲劳试验研究

水泥混凝土桥面铺装整体结构的疲劳特性是决定铺装层使用寿命的关键.通过对双层沥青铺装层结构的复合梁以及"水泥混凝土板+双层沥青混合料铺装"三层复合结构的疲劳试验,对水泥混凝土桥面铺装层复合结构的疲劳性能进行了研究,同时考虑了层间防水粘结层的影响.结果表明当微应变为700×10-6时,"环氧沥青混凝土+SMA"结构的疲劳寿命是其他类型铺装结构的1.4倍;"水泥混凝土板+环氧沥青混凝土+SMA"三层复合结构的疲劳寿命是其他类型铺装结构的2.1倍.结论表明"环氧沥青+SMA"复合铺装结构适宜于水泥混凝土桥面铺装.     

考虑层间状态的沥青面层动应变疲劳数值分析

为确定沥青层疲劳寿命与层间接触状态、温度和轴载荷等因素之间的关系,运用ABAQUS有限元软件,建立了考虑层间状态的沥青路面结构数值计算模型,分析了这些因素对沥青层底动应变的影响规律;通过引入常用的沥青路面疲劳寿命模型,构建了适用于半刚性沥青路面的沥青层或超薄路面的沥青层在多因素作用下的疲劳方程一般表达式,确立了沥青层疲劳寿命与各影响因素间的作用关系及其最不利点位.研究结果表明:层间结合系数、温度、轴载荷均对沥青面层疲劳寿命具有明显影响,且分析点位不同,影响程度不同;加强层间粘结能显著提高沥青面层疲劳寿命,在最不利分析点位处,当层间结合系数由0.5增大到0.7时,疲劳寿命提高13.6倍.      

重载交通沥青路面设计指标研究

重载交通地区车辆超载严重,路面质量下降迅速,严重影响了车辆的行驶速度和运行安全.沥青路面结构设计重点考虑沥青面层的疲劳开裂、半刚性基层的开裂和车辙三个方面的临界破坏情况.采用ANSYS有限元软件进行路面结构力学响应分析和常用沥青路面结构应力应变分析.     

重载交通沥青路面设计指标研究

重载交通地区车辆超载严重，路面质量下降迅速，严重影响了车辆的行驶速度和运行安全。沥青路面结构设计重点考虑沥青面层的疲劳开裂、半刚性基层的开裂和车辙三个方面的临界破坏情况。采用ANSYS有限元软件进行路面结构力学响应分析和常用沥青路面结构应力应变分析。     

基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命,根据局部应力-应变理论,通过直接拉伸疲劳试验,建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线,运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变,对循环曲线和Neuber方程进行修正,以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验,建立了沥青混合料的疲劳寿命方程,提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤,由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。