层间状态对直接式PFCC-PCC路面应力分布影响分析

针对在原普通水泥混凝土(PCC)路面上实施聚丙烯纤维水泥混凝土(PFCC)加铺层的路面结构的层间状态对结构内荷载应力及温度应力的分布状况影响进行分析。首先,根据路面结构及温度场自然边界条件建立路面结构有限元模型;然后,通过改变不同结构层间的摩擦系数确定影响荷载应力分布的结构层;最后,通过采用不同的对流交换系数实现对层间分离温度应力分布状态的分析。结果表明:综合考虑结构层间分离作用对荷载应力和温度应力分布产生的影响,采取直接式加铺PFCC面层时应采取增大层间摩阻作用的措施,以延长路面结构的使用寿命。     

基于层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响分析

为了研究层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响,通过滑动模型分析面层、基层与底基层层间不利状态,在层间不同接触状态下对路面应力和弯沉的变化,并结合室内试验评价黏结层力学性能和抗反射裂缝能力,最后通过试验段对长大陡坡路面层间黏结材料进行跟踪观测。研究表明:面层和基层为部分连续或完全滑动状态下,层间的剪应力发生了突变。面层厚度越薄,路基和路面最大剪应力越大。跟踪试验段观测表明:长大陡坡路段应力吸收层能够很好地抗反射裂缝,延长半刚性基层路面使用寿命。     

层间接触状态对半刚性基层沥青路面使用寿命的影响分析

基于弹性层状体系,利用Kenlayer程序研究了标准轴载作用下半刚性沥青路面层间接触状态对路面结构使用寿命的影响。分析结果表明:层间接触状态对路面结构层中应力的分布和路面使用寿命均有重要影响。完全连续状态下的路表弯沉值、结构层层底拉应力和路基顶部压应力要小于非完全连续状态的情况,基面层间的接触状态所产生的影响要大于面层间的接触状态。层间接触状况较差时,路面结构的使用寿命会有明显下降。层间完全连续状态下的路面使用寿命,几乎是其它层间接触状态下的2~4倍。因此,铺设路面时适当铺洒粘层和透层,可保证层间连续性,     

大粒径沥青混合料基层结构抗裂机理分析

为研究大粒径沥青混合料基层的抗裂机理,采用多层弹性理论程序计算了不同结构类型路面内荷载作用产生的应力应变,基于瞬态传热假设建立了平面有限元模型,计算了降温时路面结构内的温度应力和应变,得到了荷载与温度耦合下各结构层的变形和受力特性。研究发现,当考虑车辆荷载和快速降温共同作用时,快速降温所引起的温度应力远大于标准荷载引起的荷载应力,说明快速降温的温度应力对路面的开裂起主要作用。同时,通过两种结构对比,发现采用ATB 30基层结构的沥青混凝土面层的温度和荷载应力应变均小于传统的半刚性基层沥青混凝土路面。因此认为,设置沥青稳定碎石基层是一种减少沥青混凝土路面开裂的有效方法。     

层间界面条件变化对半刚性基层沥青路面结构性能的影响

针对半刚性基层排水性能较差的特点,若渗入沥青层的水分不能从基层迅速排走,将会滞留在基层表面,软化基层表面,在车辆荷载的作用下形成泥浆,使沥青层与基层之间的界面条件从连续状态变为滑动状态或者是半连续半滑动状态。本文采用弹性层状体系理论计算分析了层间接触状况发生变化时,路面结构的力学响应及弯沉的变化情况。结果表明：当界面条件从连续状态变为滑动状态的过程中,荷载中心处的面层层底应力逐渐由压应力变为拉应力,路表弯沉逐渐增大,极易引起路面结构开裂破坏。     

沥青混凝土温度应力影响因素分析

通过试验路观测沥青道路结构内实际温度值,总结道路结构内实际温度分布情况及变化规律。在此基础上建立低温下沥青混凝土道路热—结构耦合三维有限元模型,分析降温幅度、沥青面层及基层参数对沥青混凝土路面温度应力的影响规律。此外,还考虑了沥青面层与基层间的接触状况对温度应力的影响。结果表明:降温幅度的变化对道路结构内所引起的温度应力产生的影响最大;沥青面层模量及面层温缩系数的变化对结构内的温度应力影响较大;而沥青面层厚度、基层厚度及基层模量的变化对结构内的温度应力影响都有限,当这些参数值发生变化时,温度应力基本保持不变;层间接触状态的变化对路面结构的力学响应有一定的影响,特别是层间接触状态不同的接触界面。     

隔离层对贫混凝土基层水泥混凝土路面结构力学性能的影响

结合清连路现场试验测定的基本参数,运用考虑层间接触模型的三维有限元方法,重点分析了车辆和温度荷载作用下,不同隔离层下贫混凝土基层水泥混凝土路面结构主要指标的变化规律。分析结果表明,隔离效果越好,车辆荷载作用下路面受力状态越不利;与车辆荷载情况相反,即隔离效果越好,温度荷载作用下路面受力状态越有利;超载使各结构层主要力学指标值都明显增大,是造成路面早期损坏的主要原因之一;通过比较,发现有限元方法与规范方法计算得到的温度应力差值较小,验证了利用有限元方法计算温度应力的可行性。     

基于剪切弹性柔量的基-面层间接触状态及路面力学响应分析

为研究半刚性基层与沥青面层的层间接触状态对路面结构力学响应和疲劳寿命的影响,选取典型半刚性基层沥青路面结构,采用Bisar3.0软件中的剪切弹性柔量参数AK作为基-面层层间接触状态的评价指标进行路面结构力学计算,分析不同层间接触状态下沥青路面结构的应力、应变、弯沉等力学指标的变化规律,并计算了层间不同接触状态下路面结构的疲劳寿命.结果显示:剪切弹性柔量可以较好的表征基-面层层间接触状态;弯拉应力和剪应力受基-面层间接触状态的影响较大,当基-面层间接触状态由连续变为滑动时,沥青层底弯拉应力的涨幅为528.25％,沥青层底剪应力的涨幅为157.3％,而弯沉受基-面层间接触状态的影响较小;基-面层间保持连续的接触状态可以提高层间抗剪切能力,延长路面的使用寿命.     

基于有限元方法的应力吸收层延缓反射裂缝分析

半刚性材料目前占到我国各等级公路路面基层材料用量的95%以上,半刚性基层沥青路面虽然具有板体强、抗冻性好等诸多优点,但是容易出现反射裂缝。国内外对半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治包括增加沥青面层厚度、在基层与面层之间增加级配碎石层或应力吸收中间夹层等多种方式。这些措施的侧重各有不同,综合利用多种防裂措施与方法可以达到最佳的防裂措施。力图通过三维有限元建模分析,分别考虑层间连续和层间光滑两种状态,施加正荷载和偏荷载,用以分析典型路面结构中路面厚度对面层底部受力状态的影响,得出单纯增加路面厚度并非最佳防裂手段,并论证了保持良好层间粘结对与延缓反射裂缝的重要意义。并通过荷载作用下加铺应力吸收层的路面结构的力学分析,提出了合理的应力吸收层厚度和模量,指出应力吸收层与半刚性基层粘结良好的重要性。     

基于有限元方法的应力吸收层延缓反射裂缝分析

半刚性材料目前占到我国各等级公路路面基层材料用量的95%以上,半刚性基层沥青路面虽然具有板体强、抗冻性好等诸多优点,但是容易出现反射裂缝.国内外对半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治包括增加沥青面层厚度、在基层与面层之间增加级配碎石层或应力吸收中间夹层等多种方式.这些措施的侧重各有不同,综合利用多种防裂措施与方法可以达到最佳的防裂措施.力图通过三维有限元建模分析,分别考虑层间连续和层间光滑两种状态,施加正荷载和偏荷载,用以分析典型路面结构中路面厚度对面层底部受力状态的影响,得出单纯增加路面厚度并非最佳防裂手段,并论证了保持良好层间粘结对与延缓反射裂缝的重要意义.并通过荷载作用下加铺应力吸收层的路面结构的力学分析,提出了合理的应力吸收层厚度和模量,指出应力吸收层与半刚性基层粘结良好的重要性.     

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

实际道路中层间接触状态非常复杂,层间接触状态对路面的使用性能有直接影响;并且轮胎与路面的接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布,路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。基于此,采用三维有限元方法,分析在实测轮胎荷载作用下,完全连续、基、面层间光滑两种层间接触状态时,柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明,层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显增大,相应路面车辙和开裂的机率大大增加,因此必须高度重视层间处理工艺。     

沥青路面动力响应影响因素有限元分析

应用有限元软件Abaqus,建立了沥青路面结构动力分析三维有限元模型,应用该模型,分析了温度、层间接触和荷载等因素对沥青路面结构动力响应的影响规律。结果表明:路面结构各层动力响应受温度的影响较为显著,随着温度降低,面层模量增大,面层层底由受压状态变为受拉状态;不同层间界面的层间接触状态对路面结构各层动力响应量的影响程度不同,基层层底拉应力受基层与底基层层间接触条件的影响最为显著;路面结构各动力响应量随轴重的增加均显著提高,各动力响应量峰值与荷载幅值之间近似呈线性增长关系,不同轴型作用的多轮荷载沿深度方向的叠加效应明显。     

基于层间分离的PFCC-PCC路面耦合应力分析

目的:分析在原普通水泥混凝土(PCC)路面上实施聚丙烯纤维水泥混凝土(PFCC)加铺层的路面结构层间分离状态时其内部耦合应力。方法:首先根据阶跃型温度场理论得到层间分离状态下路面结构内温度场的理论解,在此基础上对比分析层间分离路面结构受行车荷载与温度应力共同作用下产生的耦合应力及二者单独作用于路面结构的叠加应力。结果:刚性路面加铺设计应按照阶跃型温度场传递方式考虑温度应力对PCC面层的不利影响;层间分离状态下路面结构内的耦合应力远远大于叠加应力,应提高加铺型路面结构的目标可靠度以满足设计年限的要求。     

基于非线性接触的复合路面沥青砂应力吸收层设计研究

为了设计复合路面的高黏弹性沥青砂应力吸收层,文中应用ABAQUS建立含裂缝复合路面有限元模型,并在层间设置黏聚接触和库伦摩擦接触来确定应力吸收层的弹性模量和厚度等参数。首先,对比了面层和基层之间非线性接触和完全连续时的面层层底拉应力,验证了非线性接触的必要性和应力吸收层的抗裂效果。然后,在确定高黏沥青砂配合比的基础上,通过室内试验得到沥青砂材料在温度和荷载作用下的最不利拉伸、剪切强度。最后,通过力学响应分析了应力吸收层的弹性模量和厚度取值范围,并与试验结果进行了比较,验证了文中设计的高黏弹沥青砂应力吸收层的合理性。     

层间接触位置和状态对沥青路面力学指标的影响

为研究沥青路面层间接触位置和接触状态对路面结构内力学指标的影响,选择典型的高速公路半刚性基层路面结构,利用BISAR3.0软件计算分析不同层间接触位置时的路面力学指标,并探讨不同基面层接触状态下沥青路面力学响应和疲劳寿命的变化规律。结果表明:面层与面层、面层与基层、基层与底基层之间在完全光滑时对拉应力、拉应变、剪应力影响显著,弯沉受层间接触位置的影响变化不大;随着基面层间滑动系数的增加,路面结构内的应力、应变逐渐增大,在完全滑动时下面层底的拉应力、剪应力和拉应变分别是完全连续时的2.93倍、2.45倍和69.36倍;在基面层间滑动系数小于0.6时沥青路面的疲劳寿命降幅较小,随后降幅逐渐增大,当基面层间完全光滑时,疲劳寿命较完全连续时下降44.5%。     

移动荷载作用下长大纵坡沥青路面力学响应分析

为了研究结构层参数对长大纵坡沥青路面结构力学性能和路用性能的影响作用,采用有限元软件建立了移动荷载模型及长大纵坡沥青路面结构三维有限冗模型,分析了移动荷载作用下,面层、基层竖向压应力、最大剪应力、层底拉应力随各结构层厚度、模量及结构层组合的变化规律。结果表明：面层模量的增加在提高路面抗车辙性能的同时会降低其抗疲劳开裂性能;增大基层模量可以提高面层抗疲劳性能,但同时增加了基层层底拉应力,降低了基层抗疲劳性能;对于刚度较大的半刚性基层,面层厚度取低值可以增强长大纵坡沥青路面的抗车辙性能,基层厚度对于路面结构抗车辙性能影响较小;面层与基层模量比值在0．8～1．1范围内变化时,对长大纵坡沥青路面结构受力较为有利。     

沥青面层层间粘结状况对水损坏的影响分析

假设各路面结构层处在光滑和连续状况下,采用BISAR 3.0程序,计算了8种不同层间粘结状况下沥青路面结构的受力情况,分析不同层间粘结状况对路面结构受力的影响。计算结果表明,只要沥青面层内部存在层间的不连续,会在相应部位产生拉应力和剪应力集中,使得该部位的路面结构受力状况非常恶劣;同时,水分易于进入层间薄弱带,沥青面层内部的储水加上各项应力在此集中加剧了沥青路面水损坏的发展,致使水损坏的路面出现了层间断开的现象。     

层间结合条件对半刚性基层沥青路面路用性能的影响研究

为分析半刚性基层沥青路面基-面层间结合条件对路面结构受力性能的影响,采用Abaqus有限元软件分析了层间完全连续和摩擦接触时路表弯沉、结构层各向水平拉应力、剪应力等的分布规律,通过正交车辙试验研究了不同层间结合条件对路面路用性能的影响。研究结果表明:层间接触不良易诱发路面结构的竖向变形、裂缝、车辙等病害;路面结构设计时,合理设计基层强度、选择级配较好的下封层可以有效改善层间的接触条件,提高路面的使用性能。     

考虑温度影响的沥青路面层间黏结力学响应分析

为了研究不同温度下的层间黏结料的黏结强度,通过室内剪切试验建立了层间黏结料的强度～温度方程,引入层间黏结强度温度指数φ表征不同温度下的黏结状况。借助ABAQUS有限元分析软件,对不同黏结状态下半刚性基层沥青路面各结构层内应力进行了计算分析,研究了不同黏结状态对路面结构力学响应的影响。研究结果表明:温度较低时,层间黏结状态的变化对路面各结构层应力的影响并不明显;当温度高于35℃时(φ<0.6),面层结构最大拉应力σ_max、最大剪应力τ_max出现了非线性快速变化;温度变化对基层、底基层黏结性能影响不明显。研究成果对科学解释沥青路面在不同温度下黏结性能行为机理提供了有力依据,为改善层间黏结条件、提升路面整体性能提供了理论支撑。     

新旧路面拼接中设置应力吸收带的力学特性分析

以石家庄至磁县公路改扩建路面拼接方案为例,采用有限元分析技术,探讨新旧路面台阶状拼接与设置应力吸收带拼接两种方案的受力特性。结果表明:对于设置应力吸收带面层结构,2种条件下均呈现面层拉应力降低,但压应力增大。对于设置应力吸收带基层结构,差异沉降条件使设置应力吸收带的基层拉应力降低,但压应力增大;而汽车荷载条件使设置应力吸收带的基层拉应力有所增加,但压应力降低。差异沉降条件对基层拉应力减少幅度远大于汽车荷载条件,综合2种条件下基层拉应力总体上减少。考虑到沥青路面结构破坏主要受控于基层拉应力,因此,设置应力吸收带比不设置应力吸收带的拼接路面拥有更好的受力性能。