冻融作用下沥青混合料疲劳性能试验研究

冻融试验可用于模拟潮湿条件下路面受到水损害时其疲劳寿命的变化.针对AC - 25沥青混凝土设计3种级配,进行冻融劈裂疲劳试验,建立无水和有水条件下的疲劳方程,分析不同因素对冻融后沥青混合料疲劳性能的影响,揭示冻融后沥青混合料疲劳性能衰减机理.     

浸水状态对沥青混凝土疲劳寿命的影响

为了研究无水、静水和循环水3种浸水条件对沥青混凝土间接拉伸疲劳寿命的影响,轮碾成型SMA-13、AC-16和AC-20标准车辙板,空隙率为7%±1%,用钻芯机钻取直径100mm、双面磨成厚度为40~45mm的圆柱形试样;在气动伺服材料试验机上进行在无水、静水和循环水条件下的间接拉伸疲劳试验。试验结果表明,有水显著地缩短了沥青混凝土的疲劳寿命,静水和循环水条件对沥青混合料疲劳寿命的影响无显著区别。     

水-温-荷载耦合作用下沥青路面疲劳寿命预估

为精准预测沥青路面的疲劳使用寿命,基于累积疲劳损伤理论,提出路面结构内水、温度以及轴载分布耦合作用下沥青混合料疲劳寿命预测方法。通过间接拉伸疲劳试验确定路面结构下面层沥青混合料在冻融和未冻融两种条件下应变疲劳方程。依托十堰—天水高速试验段,计算设计年限内9种不同温度和10种不同轴载(共计90种)条件下设计轴载的作用次数,同时结合路面结构层底拉应变计算程序进行计算,进而得到更加精确的拉应变。基于疲劳累积损伤理论,计算沥青路面经过冻融和未冻融条件下的疲劳累积损伤,进而得到沥青路面在无水和有水影响下的疲劳寿命。研究结果表明:十天高速公路沥青路面在受水影响和不受水影响下疲劳寿命分别为8.56年和12.12年,相较于设计寿命分别降低了19.2%和42.9%,为沥青路面在结构设计中考虑水、温度以及车辆荷载影响因素提供了可靠依据。     

全厚式高模量沥青混凝土路面结构设计及力学分析

利用路面专用程序PADS计算全厚式高模量、全厚式普通和半刚性基层3种沥青混凝土路面结构厚度;根据弹性层状理论体系,建立了上述3种沥青混凝土路面结构三维有限元模型,对路面结构在荷载作用下的设计层层底应力状态进行对比分析;应用美国MEPDG推荐的沥青混凝土路面永久变形预估方法对沥青混凝土路面结构进行车辙预估,并对其疲劳寿命进行了计算.结果表明,全厚式高模量沥青混凝土路面结构能够有效减薄路面结构厚度,是抗车辙性能及疲劳性能综合最优的路面结构类型.     

水和超载对混凝土板沥青层间剪切疲劳寿命的影响

为弥补水泥混凝土板沥青铺装层间剪切疲劳寿命设计方法的不足,通过不同水环境、正压力条件下沥青混凝土及其与水泥混凝土板层间的抗剪强度和剪切疲劳试验,结合水泥混凝土板沥青铺装结构的三维有限元计算,探讨了水和超载对水泥混凝土板沥青铺装层间剪切疲劳寿命的影响。利用自行研制的可施加正压力的剪切试验仪,测试了2种水环境(无水和浸水)和3个正压力(0.3,0.5,0.7MPa)下沥青混凝土及其与水泥混凝土板层间抗剪强度,并进行了2种水环境、2个正压力(0.5,0.7 MPa)和4个剪切应力比(0.4,0.5,0.6,0.7)下沥青混凝土及其层间剪切疲劳试验。在此基础上,结合复合式路面结构的三维有限元计算,对比分析了不同水环境、垂直和水平荷载下沥青铺装层及其层间剪切疲劳寿命。研究结果表明:沥青混凝土和层间剪切疲劳寿命均与剪切应力比具有良好的双对数线性关系,剪切疲劳特性参数与材料特性、环境因素、交通荷载和沥青铺装结构等有关;层间抗剪强度和剪切疲劳寿命均低于沥青铺装材料的抗剪强度和剪切疲劳寿命,层间剪切破坏沿混凝土板表面发生;浸水导致层间剪切疲劳寿命降低85%以上,水平力和超压作用缩短层间剪切疲劳寿命45%以上,浸水比交通荷载的影响更大。     

沥青混凝土路面加铺层疲劳寿命分析

为研究沥青混凝土加铺后路面的疲劳寿命,在国内外关于沥青混凝土加铺层的设计方法、材料等基础上进行了广泛研究,采用不同的路面破损控制指标对沥青混凝土路面加铺层的疲劳寿命进行了分析。研究结果表明:以车辙和反射裂缝作为控制指标预估沥青路面加铺层疲劳寿命是可行的。因此,分析路面疲劳寿命时应从路面主要破坏特征入手,分析各个控制指标下路面的使用寿命。     

含半柔性水泥乳化沥青加铺层的路面结构承载力和疲劳寿命研究

在对比分析国内外旧水泥混凝土路面加铺补强结构形式的基础上,分析了半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层、旧水泥混凝土路面对不同路面结构承载力、疲劳寿命的影响。计算结果表明:在旧水泥混凝土路面破损不是很严重的情况下,两种路面结构的半柔性水泥乳化沥青加铺层、沥青面层均满足路面结构承载力和疲劳寿命指标要求,但考虑综合受力和建造成本因素,宜优先选用结构A,即加铺一层半柔性水泥乳化沥青混合料层和一层沥青混合料面层;当旧路面当量回弹模量相同时,增加沥青层厚度可有效减少各结构层层底拉应力,但在满足承载力和疲劳性能的前提下,并不是沥青层越厚越好。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

加筋沥青混凝土梁式试件的APA弯曲疲劳试验研究

往返轮载试验模拟车轮运动状态对试件进行疲劳加载,可以很好地反映路面受力实际状态。本文应用沥青路面分析仪(APA)对沥青混凝土梁式试件进行多种荷载下的往返轮载疲劳试验,研究沥青混凝土的疲劳性能,并回归出有关的疲劳方程。同时对比研究土工布、玻璃纤维格栅对沥青混凝土疲劳性能的加筋效果。试验结果表明,这些加筋措施能将沥青混凝土梁式试件疲劳寿命延长一倍左右。     

不同纤维沥青混合料路用特性的室内试验研究

研究了钢纤维、德兰尼特纤维和木质素纤维沥青混合料的马歇尔指标性能、抗拉强度、动稳定度、抗剪强度和疲劳寿命。结果表明,在沥青混合料中加入纤维可以显著提高沥青混合料的抗拉强度而使其刚度降低,从而具有良好的抗裂性能,钢纤维和德兰尼特沥青混合料具有较好的热稳定性及抗剪强度,钢纤维沥青混合料具有较高的疲劳寿命。因此,可以通过在沥青混合料中加入纤维来提高沥青混凝土路面性能和使用寿命,避免沥青混凝土路面在重载交通作用下的提前破坏和低温条件下沥青混凝土路面的收缩开裂,延长路面使用寿命。     

高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究

为了修筑更具耐久性的半刚性基层长寿命沥青路面,探究高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面应用的合理性及可行性,采用弹性层状体系模型分析了不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。进而通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验,评价了高模量沥青混凝土的抗疲劳特性,采用累积耗散能指标将其与表面层材料进行了比较。结果表明:对于薄面层的半刚性基层沥青路面,当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时,沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变,沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险;随着下面层模量的增加,沥青面层底部的剪应力略有增加,而最大剪应力均值有所减小,有利于改善沥青下面层的抗剪能力;不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别,而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一,20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能;在半刚性基层长寿命沥青路面中,下面层使用高模量沥青混凝土可以改善路面的抗车辙和抗疲劳性能,为实体工程建设提供一定的参考依据。     

轮迹重分布可行性试验研究及对沥青混凝土路面疲劳寿命的影响

为了研究轮迹重分布的可行性及对路面疲劳寿命的影响,以上三高速和沪杭甬高速作为试验路,设计了4种轮迹横向干预标线进行现场试验。对干预前后的车辆轮迹数据采用背景差分法MATLAB编程进行数据处理,并将数据导入SPSS统计软件进行频率分析,获得干预前后轮迹横向分布变化规律,并对干预前后的沥青混凝土路面疲劳寿命进行仿真分析。结果表明:在轮迹横向干预条件下,轮迹趋于较均匀分布,干预后沥青混凝土路面疲劳寿命提高了24.6%。     

长寿命沥青混凝土路面结构特点与设计研究

长寿命沥青混凝土路面是国际道路工程界提出的新技术。长寿命路面的结构特点是沥青混凝土层厚度大于传统的沥青混凝土路面,基本上消除了传统上普遍存在的疲劳损坏,路面的损坏只发生在路面的表层。长寿命沥青混凝土路面结构设计采用沥青混凝土层底弯拉应变和基顶压应变指标控制结构疲劳寿命,采用抗剪指标以控制表面损坏过早发生。在整个寿命周期内,不需要进行结构性的维修,只需进行预防性养护,并在表面损坏达到一定程度后,将磨耗层铣刨,并置换成等厚度的新混合料便可。     

超载作用下沥青混凝土路面的受力特性分析

根据佛开高速公路沥青混凝土路面破损情况,应用弹性层状体系理论分析沥青混凝土路面在超载作用下的应力和变形,从理论上探讨超载车辆对路面的受力特性和疲劳寿命产生的影响.     

基于应力强度因子的旧水泥路面沥青加铺层反射开裂特性研究

在路面改造中,旧水泥路面加铺沥青是一种十分有效的方法,但容易出现反射裂纹的问题。该文运用断裂力学和有限元数值模拟相结合的方法,研究在交通载荷作用下沥青表层反射裂纹扩展情况。通过应力强度因子对产生病害的路面进行了疲劳断裂寿命预估。探讨了裂纹反射深度、沥青加铺层弹性模量和厚度对产生病害路面疲劳断裂寿命的影响。研究表明:反射裂缝在交通载荷作用下以Ⅰ和Ⅱ型扩展为主;整个反射裂纹上最危险点在裂纹的边缘,比较容易发生裂纹扩展;交通载荷作用在水泥混凝土板边缘处对路面破坏最严重;反射深度越深,剩余的疲劳断裂寿命越少;增加沥青加铺层的厚度和降低沥青加铺层的弹性模量能够增加其疲劳断裂寿命;相比改变加铺层弹性模量,增加加铺层厚度对于路面的疲劳断裂寿命影响更明显。     

基于控制应变周期荷载试验预估沥青混凝土疲劳寿命

疲劳裂缝是路面破坏的一种,为路面受到长期、反复的荷载后,由内部产生的微小破坏开始,渐渐加深、延长,从沥青面层底部由下而上累积成为类似鳄鱼皮般的表面龟裂,进而影响路面的性能。研究的主要目的是探讨沥青混凝土的裂缝生成与疲劳寿命,采用级配类型为AC—20的某高速公路的现场钻芯试件,进行室内控制应变疲劳试验,应用劲度变化曲线的裂缝生成机制,与应力-应变回圈面积的消散能理论,推估沥青混凝土疲劳寿命与临界应变。结果表明,应用劲度变化曲线与消散能理论,所得的疲劳寿命都有一致性,故可判断其都可作为疲劳寿命的定义。其中以劲度变化曲线较为便捷,可以作为推估裂缝生成与疲劳寿命的参考方法。可作为沥青混凝土路面疲劳研究与设计的参考。     

共振碎石化后沥青加铺层应力与疲劳断裂分析

针对共振碎石化后沥青加铺层的反射裂缝防治机理和作为长寿命路面结构的应用问题，使用有限元方法对水泥混凝土路面沥青加铺层和共振碎石化后沥青加铺层的受力特性和疲劳寿命进行了分析，研究了共振碎石化后沥青加铺层在各影响因素下的裂缝尖端应力强度因子和疲劳寿命变化规律。结果表明，共振碎石化技术有效减小了沥青加铺层的层底应力和裂尖应力强度因子，疲劳寿命是水泥混凝土路面直接沥青加铺层的8.75倍，可满足长寿命路面的设计要求。共振碎石化后沥青加铺层的疲劳寿命随面层模量和轴载的增大而递减，随共振结构层模量的增大而先减后增，随面层厚度和车速的增大而递增。     

路面结构厚度对沥青面层疲劳寿命的影响

为了分析路面不同结构层的厚度对沥青面层疲劳寿命的影响,采用有限元分析软件ANSYS对路面结构受力情况进行模拟,并依据课题组对沥青混凝土疲劳寿命的研究成果,对不同路面结构厚度下沥青面层底面的受力情况和疲劳性能进行分析。结果表明:路面面层底面拉应力随路面结构厚度的增加而不断减小,其减小幅度随路面结构层厚度的增加而减小;面层底面应变随路面结构层厚度的增加不断减小,且减小幅度随路面结构层厚度的增加而减小;面层疲劳寿命随路面结构层厚度的增加而增加。     

温度-盐分-冻融耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命研究

为提高寒冷地区沥青路面的疲劳性能,对AC-16型沥青混凝土进行未冻融和冻融条件下的劈裂疲劳试验,得到了其应力疲劳方程.研究了温度、盐分和冻融循环次数耦合作用下,沥青混凝土疲劳寿命的变化规律.研究结果表明:沥青混凝土的疲劳寿命与其劈裂抗拉强度具有明显的相关性,即劈裂抗拉强度越高,疲劳寿命越大.温度、冻融循环和氯盐的侵蚀是影响沥青混凝土疲劳性能的重要因素.在相同的冻融循环温度下,随着冻融循环次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命降低;在相同的冻融次数下,随着冻融温度的降低,沥青混凝土疲劳寿命降低.经饱和氯盐溶液冻融的沥青混凝土疲劳寿命明显低于经清水冻融的沥青混凝土疲劳寿命,说明盐分能够加剧沥青混凝土的疲劳破坏.     

两种典型沥青混凝土路面结构沥青层饱水状态动力响应三维有限元分析

水和动态荷载耦合作用是沥青混凝土路面发生水损害的主要原因.首先基于多孔介质理论,假定路面结构中的沥青混凝土材料为完全饱水的多孔介质材料,对两种典型路面结构--半刚性沥青混凝土路面、具有柔性基层的半刚性沥青混凝土路面分别建立了三维有限元模型;而后对比分析了两种路面结构在动态荷载作用下的竖向应力、竖向应变、孔隙水压力的空间...