移动荷载作用下沥青路面动态响应三维有限元分析

我国新建道路沥青路面是以双轮组单轴载100 kN(BZZ-100)为标准轴载,采用双圆均布荷载作用下的多层弹性理论进行设计的,而汽车实际施加给路面的是移动荷载。通过建立半刚性基层路面的三维有限元分析模型,对汽车匀速行驶及制动情况下路面的动态响应进行了有限元分析,得出了荷载正下方不同深度处节点竖向位移、竖向压应力、水平应力、竖向剪应力及水平剪应力的时间历程曲线,并与静载作用下的计算结果进行了对比分析。     

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。     

提高路面层间结合的有效举措

当前我国沥青路面厚度是根据多层弹性理论、层间接触是紧密而不产生层间滑移的完全连接体系为原则设计的，以在双圆均匀荷载作用下轮隙中心处实测路表弯沉值作为设计依据。层间结合完好程度对路面弯沉值的大小起着极为重要的作用，层间结合牢固可提高道路的整体强度，减小弯沉值，增大轴载次数，延长路面使用寿命。我们以本地某一级公路实例探讨加强路面层间结合的有效举措。     

轮胎接地印迹对路面结构力学响应影响的有限元分析

路面与轮胎之间的接触压力具有很明显的非均布特性,并不同于传统的路面结构分析中的双圆均布垂直荷载。本文首先根据轮胎胎面花纹类型,参考轮胎与路面接触压力的测试结果,提出接触面内的不同荷载简化模型。依据弹性层状理论,建立沥青路面多层体系的三维有限元分析模型,利用有限元计算分析不同荷载简化模型作用下的沥青路面结构响应。对在各种不同荷载模式作用下沥青路面的力学响应进行对比。结果表明:车辆荷载作用局部区域内的路面结构影响较大,对远离荷载作用面的点影响比较小。不同的轮胎荷载简化模型不影响路面结构整体力学分析。     

不同非均布荷载下的沥青路面力学响应及疲劳寿命分析

为了分析超载对半刚性基层沥青路面的力学响应及疲劳寿命的影响,通过三维有限元软件ANSYS,建立非均布荷载作用下的三维有限元模型,对比分析单轴10 t、15 t、20 t、25 t四个轴重下的力学响应及疲劳寿命结果.四个不同轴载作用下的结果表明:随着荷载的增加,路表弯沉、沥青层底压应力、基层及底基层底拉应力、土基顶面压应...     

轮载与层间接触状态对沥青路面力学响应的影响

采用BISAR 3.0计算软件对不同轮载和层间接触状态下沥青路面路表弯沉、面-基层间正应力和剪应力、路基顶面压应变进行分析。结果表明,不同层间接触状态对路面结构力学响应的影响与轴载和胎压有很大关系,同时层间黏结作用的缺失和超载将大大增加车辙、拥包和推移出现的概率。     

高模量沥青混凝土路面永久变形有限元分析

通过静态回弹模量试验,研究了不同级配类型高模量沥青混凝土的回弹模量,并由此建立ANSYS有限元沥青路面结构模型,计算分析中面层厚度、荷载作用大小、面层材料等因素对沥青路面永久变形的影响。研究结果表明:掺加PR-Module改性剂的高模量沥青混合料比普通沥青混合料可明显提高其回弹模量;单纯增加中面层的厚度对提高路面抵抗永久变形性能的效果并不显著;中面层采用高模量沥青混合料对降低路面永久变形的效果相对较好;荷载作用特别是重载超载对路面永久变形影响较大,高模量沥青混合料对降低重载超载作用下路面永久变形效果更为明显。     

极端高温、荷载耦合作用下沥青路面结构剪应变分析

利用有限元软件,从标准荷载下极端高温日沥青路面剪应变、超载、极端高温下沥青路面结构剪应变、沥青层厚度对极端高温下结构剪应变影响、半刚性基层模量对极端高温条件下沥青路面结构剪应变影响、中面层改性对沥青路面结构剪应变影响五个方面,对极端高温、水平荷载作用下路面结构剪应变进行了计算与分析。     

超载和高温共同作用下路面车辙预估

针对沥青路面在超载和高温共同作用下的路面车辙进行研究,通过合理路面结构参数的选取,采用有限元分析了路面结构层内部的应力,利用合适的车辙预估模型进行车辙计算,并研究了不同轴载作用下的车辙量的变化。研究成果对于认识高温、超载对路面车辙的影响提供了定量化的判断依据。     

土基模量对水泥混凝土路面轮载疲劳开裂损伤的影响

基于有限元软件KENSLABS,构建了水泥混凝土路面轮载损伤计算模型,引入地基季节调整系数与零养护疲劳准则,分析了土基模量整体削弱对路面疲劳开裂指数的影响,探讨了当量轴载系数与多轴通过一次的计算次数对土基模量的依赖性,研究了不同土基模量下板厚、水泥混凝土抗弯拉强度、单轴轴重、单轴每日重复作用次数等核心路面设计参数与路面开裂指数的关系。研究结果表明:水泥混凝土路面疲劳开裂指数随着地基季节调整系数的减小而增大,增大速度随地基季节调整系数的减小而加快,当地基季节调整系数从1.0减小为0.8和从0.4减小为0.2时,在单轴、双轴和三轴荷载作用下,路面开裂指数分别增大了2.8、2.9、1.5倍和49.8、269.0、1 351.4倍;当量轴载系数与多轴通过一次的重复计算次数受到板厚与土基模量的影响,在土基模量为60 MPa,板厚为15cm或35cm时,单轴荷载比双轴荷载更易产生损伤,双轴荷载比三轴荷载更易产生损伤,在土基模量为20MPa,板厚为15cm时也是如此,但在土基模量为20MPa,板厚为35cm时,结论则与前相反;水泥混凝土路面疲劳开裂指数随着面板厚度、水泥混凝土抗弯拉强度、单轴轴重、单轴每日重复作用次数而改变的幅度与土基模量直接相关,当土基模量为20、60 MPa时,面板厚度从21cm增加到25cm,疲劳开裂指数分别减小1.18×10、1.18×10~(-2),当混凝土抗弯拉强度从4.0 MPa增大到4.4 MPa,疲劳开裂指数分别减小1.28、2.20×10~(-3),当单轴轴重从80kN增大到160kN时,疲劳开裂指数分别增大5.48、7.36×10~(-3),当单轴荷载每日重复作用次数从50增加到90时,疲劳开裂指数分别增大2.05×10-1、5.07×10~(-4);增设厚度为15cm的水泥稳定基层后,设定工况下的路面疲劳开裂设计寿命增加3.42年;在提高土基模量的同时,宜优先考虑适当增加板厚,严禁超载,设置水泥稳定基层等措施,可以控制水泥混凝土路面受轮载作用的疲劳开裂破坏。