路面沥青混合料永久性变形机理及三轴重复荷载试验研究

分析了沥青混合料永久变形的形成机制,同时将SMA-13、AC-20、ATB-30这三种不同类型沥青混合料进行了三轴重复荷载试验,所得到的试验结果能够成为沥青路面使用寿命预估的依据。     

沥青路面车辙计算与预估方法

沥青路面车辙形成机理沥青路面车辙是路面结构各层在重复荷载作用下产生的永久变形的积累。根据车辙形成机理,沥青路面的车辙可分为:失稳形车辙。高温条件下,由于在车轮荷载的反复作用下,荷载产生的剪应力大于面层沥青混合料的抗剪强度,使混合料的网络骨架结构失稳,沥青及沥青胶浆便产生流动,流动变形不断积累形成车辙。     

沥青路面车辙计算与预估方法

沥青路面车辙形成机理沥青路面车辙是路面结构各层在重复荷载作用下产生的永久变形的积累。根据车辙形成机理．沥青路面的车辙可分为：失稳形车辙。高温条件下,由于在车轮荷载的反复作用下,荷载产生的剪应力大于面层沥青混合料的抗剪强度．使混合料的网络骨架结构失稳．沥青及沥青胶浆便产生流动,流动变形不断积累形成车辙。     

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。     

三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析

采用半正弦波间歇荷载,使用MTS(Material Test Systerm)材料试验机对AC-13沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究试验温度和应力水平对沥青混合料永久变形特性的影响,得到了AC-13沥青混合料在不同温度和不同应力水平下的永久变形规律,对永久应变与荷载作用次数、应力水平和温度的关系进行非线性回归分析,提出来能够全面反映沥青混合料永久变形特性的模型,并绘制了不同温度下的三维图形,直观全面地反映沥青混合料变形的特性。     

钢桥面铺装混合料三轴重复加载试验变形特性

为了研究钢桥面铺装材料的高温变形特性及其车辙预估方法,针对MA及SMA两种钢桥面铺装混合料,采用三轴重复加载试验评价其高温性能,并根据试验结果,通过多元线性回归得到材料的非线性计算模型参数,使用ABAQUS有限元软件,模拟三轴试验过程,将计算变形与实测变形相比较。发现两种混合料高温变形发展规律以及对不同荷载条件的响应方式不同,SMA具有优异的高温抗变形能力;有限元模拟的误差约为10%。分析结果表明:采用三轴重复加载试验和多元线性回归确定材料的非线性计算模型参数的方法可靠,模型参数可用于沥青桥面铺装的车辙变形预估。     

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.      

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。     

抗车辙的沥青路面设计问题探讨

按照现行沥青路面和沥青混合料设计法所设计的路面,难以保证道路在交通荷载、气候条件的共同作用下不出现过量车辙。而采用车辙试验以及利用三维有限元程序计算确定出的材料永久变形参数来进行车辙预估,既能够避免单轴蠕变试验的不足,又能实现路面结构设计与材料组成设计一体化。     

抗车辙的沥青路面设计问题探讨

按照现行沥青路面和沥青混合料设计法所设计的路面,难以保证道路在交通荷载、气候条件的共同作用下不出现过量车辙。而采用车辙试验以及利用三维有限元程序计算确定出的材料永久变形参数来进行车辙预估,既能够避免单轴蠕变试验的不足,又能实现路面结构设计与材料组成设计一体化。     

基于三轴重复荷载沥青路面车辙预估的研究

通过对沥青混凝土车辙发生及发展的分析,车辙与沥青混凝土内部温度、材料性能、路面结构、行车荷载、行车速度有很大的关系.通过单因素分析法对各影响因子与车辙总变形建立了关系;而对于路面材料性能方面,选用三轴重复荷载试验进行了模拟,并用其结果--流变数F<,N>来表征沥青混凝土的抗车辙性能,并建立了关系,结果表明预估精度可靠,...     

沥青路面结构设计中车辙预估模型敏感性分析

考虑车辙发生的内外因作用,进行我国沥青路面设计规范中的车辙预估模型敏感性分析。首先采用SPSS工具进行正交试验设计,考虑交通荷载水平、沥青混合料层厚度、等效温度和沥青混合料动稳定度四个因素,分别取五个水平,对各设计参数不同水平下的车辙深度进行数值计算。最后采用Origin工具绘制正负相关性图,分析不同因素的影响。研究发现,对于半刚性基层沥青路面,在所确定的范围内,车辙等效温度对车辙深度影响最大,其次为动稳定度,再次为交通荷载等级。最后根据敏感性分析结果,提出改善沥青路面高温抗车辙性能的针对性工程建议。     

重复荷载作用下砂土永久变形预估模型

为预估路基的永久变形,在万能材料试验机上对砂土进行了重复加载动三轴试验,得到了砂土永久变形的发展曲线,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式,并对回归公式进行了可靠性分析。当荷载作用次数为10000次时,现有路基土永久变形模型预估结果与试验结果相对误差最小为52%,最大高达376%;而系数与含水量和回弹模量之间的回归公式相关系数最小值为0·31,平均值为0·41,大于临界值0·28,试验曲线与理论曲线相关系数大于0·99。分析结果表明:建立的砂土永久变形预估公式可靠性较高,而现有预估模型不适用于砂土。     

季冻区沥青路面车辙预估模型分析

车辙是目前我国沥青路面主要病害之一。针对季冻区年温差大、低温时间长的特点,通过建立沥青混合料的永久变形预估模型,对模型中的温度、轮压、车速参数进行分析,确定车辙叠加计算方法,提出适合有效温度区间特点的车辙累积计算方法,建立季冻区沥青路面的车辙预测模型。     

基于Johnson-Cook黏塑性模型的沥青路面车辙计算

采用Johnson-Cook模型描述沥青混合料黏塑性本构关系,通过不同温度和不同应变率下单轴压缩试验确定沥青和改性沥青混合料的Johnson-Cook黏塑性模型参数,利用ANSYS瞬态动力学分析理论,分析了在设计年限内当量轴次和超载等不同条件下对沥青路面车辙变形的影响。结果表明:使用天然岩沥青改性沥青面层比基质沥青面层的抗车辙性能均提高20%,符合沥青路面车辙变形实际情况;基于Johnson-Cook黏塑性模型的车辙计算方法,为沥青路面车辙研究提供了一种新的思路和技术途径。     

运煤公路黄土路基不均匀永久变形特性

通过室内重复加载三轴试验,测试了24种工况条件下黄土路基永久变形与加载次数之间的关系;采用统计回归的方法对现有路基永久变形预估模型进行参数修正与标定;采用分层分条总和法计算了不同行车荷载及交通条件下的路基永久变形,得到了路基顶面累积竖向永久变形沿道路横向的分布曲线。结果表明:与普通道路相比,运煤公路轻、重车辆分车道行驶引起的路基顶面竖向累积永久变形曲线在道路横断面上的分布形态呈"勺子"形,曲线曲率更大,差异变形更加显著。     

沥青混凝土三轴静态蠕变车辙预估研究

通过对沥青混凝土车辙的分析,车辙与沥青混凝土内因组成材料性能、温度及外因行车速度、行车荷载都有关系,运用三轴静态蠕变试验Flow time来统一表征了沥青混合料复杂的材料性能,并与行车速度、路面各亚层温度、作用次数建立关系,进行车辙深度的预估,最后经验证,回归结果精度高,除间断级配沥青混合料SMA外,可以用于预估沥青混合料的车辙深度。     

多因素影响下的沥青混合料温度散失规律研究

在影响沥青路面压实质量的诸多因素中,沥青混合料的碾压温度最为重要,这就要求沥青路面的碾压要在规定的时间内完成,因此对有效碾压时间的研究非常必要。文中通过沥青混合料的温度散失试验,研究摊铺层厚度、风速、气温及下卧层温度等因素影响下沥青混合料温度随时间的变化规律,回归各因素影响下有效碾压时间的预估公式,并在此基础上确定多因素共同影响下沥青混合料有效碾压时间的预估公式,通过施工现场碾压过程中的温度观测验证有效碾压时间预估公式的准确性。     

基于车辙等效的沥青路面轴载换算方法

以剪切应力强度比为指标建立了基于车辙等效的沥青路面轴栽换算方法。通过有限元路面力学和温度场模型对典型高等级沥青路面结构进行分析,得到不同环境和荷栽条件下的轴载换算指数,通过多元线性回归得到其预估公式,并通过实例计算结果与现行规范方法的进行了比较。研究表明：面层厚度、层位、混合料类型、温度和车速条件都对轴载换算指数有着显著的影响;沥青混合料剪切应力强度比与抗车辙性能之间的良好的相关性并不依赖于材料类型、温度、荷载和围压水平;基于不同控制指标的轴载换算结果相差较大,本文提出的基于车辙等效的换算方法可以作为现行规范方法的有益补充。另外,认为进行轴载换算时对于不同沥青层位应该分别计算。     

基于使用性能的公路沥青路面多指标分析与结构计算研究

研究了基于路面使用性能构建多指标设计体系的必要性,深入分析了沥青路面疲劳开裂、变形及其他不同损坏类型的产生机理与结构设计的关系,阐述了车辆荷载作用下路面各结构层的受力状态和材料性能要求,建立了控制沥青层和无机结合料半刚性基层底疲劳开裂、沥青混合料层永久变形以及沥青面层低温开裂等病害的设计指标和标准。针对我国常用的半刚性基层沥青路面在结构计算时提出相应的验算公式,并以新疆地区某二级公路为例进行多指标设计实际应用。