温度-移动荷载耦合作用下沥青路面结构力学响应研究

建立沥青路面结构有限元模型,计算沥青路面结构在一天内温度连续变化条件下温度场分布,在此基础上进行温度与移动荷载耦合,分析沥青路面结构在温度-移动荷载耦合作用下的力学响应。结果表明,沥青面层温度场在一天内的变化呈现先减小、后迅速增大、再减小并趋于缓和的趋势,基层以下路面结构层温度几乎不发生变化;在温度-移动荷载耦合作用下,路表最大竖向位移比不考虑温度作用时最大竖向位移增大8.60%,沥青层层底拉应变比不考虑温度作用时层底拉应变增大176.26%;车辆速度和轴重影响沥青路面的力学响应,随着荷载移动速度的增大,路表竖向位移减小、竖向压应力增大,随着轮胎接地压强的增加,路表横向压应力、竖向压应力和纵向压应力都增大。     

随机荷载作用下沥青路面应力应变分析

应用有限元软件ABAQUS建立轮胎/路面结构模型,研究轮胎与路面的接触印迹及随机荷载下沥青路面三维结构应力、应变变化特征。结果表明:沥青路面竖向、横向、纵向应力应变随荷载的非线性增加而非线性增加,随路面深度增加应力应变逐渐减小,在沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中现象。在荷载作用分析点,竖向、横向及纵向应力最大应力值出现在上面层,竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向和横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,纵向方向反复的拉压变形,可能是导致路面轮迹带材料产生疲劳损坏的原因。沥青路面结构应力应变受温度变化、荷载等多种因素影响,残余应变恢复时间延迟体现沥青材料的黏弹性特征。     

温度非均匀分布对沥青混凝土路面结构力学响应的影响分析

传统的路面力学计算并未考虑温度沿路面深度方向的非均匀性和变温过程对沥青混凝土劲度模量的影响,使理论计算结果与实际状况之间的差异较大。为此,通过数值解法同时考虑以上两个因素,对青藏公路典型路面结构不同温度分布下的力学响应进行全面的计算分析。结果表明:一天时间内,在标准荷载作用下,路面结构在沥青混凝土面层平均温度最高时刻的最大竖向位移比温度最低时刻高约14.5%;轴向及行车方向的弯拉应力分别增大6.4%和6.7%;竖向剪应力增大12.0%左右,而水平剪应力则增大33.9%。这说明沥青混凝面层的温度及其分布对路面结构力学响应有较大影响。青藏高原多年冻土地区温度变化幅度较大、变温频繁,因此,在沥青混凝土路面结构设计中应充分考虑温度及其分布的影响。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层应力分析

为了研究多孔混凝土基层沥青路面的结构设计方法,通过三维有限元数值分析方法,建立多孔混凝土基层缩缝处沥青路面的三维有限元模型,分析多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的荷载应力、温度应力、荷载与温度耦合作用下的耦合应力。结果表明：基层缩缝处沥青面层底面荷载主应力多为压应力值,但其剪应力在接缝处出现峰值;在温度作用下,沥青面层应力峰值点的位置在基层缩缝中点处沥青面层的底面及表面;荷载和温度耦合作用下基层缩缝中点处沥青面层底面的第一主应力介于荷载应力和温度应力之间。     

水平荷载作用下高模量沥青混凝土路面力学响应数值分析

为研究和改善行车水平荷载对沥青混凝土路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了静载作用下各大小水平荷载作用时沥青混凝土路面结构的力学响应规律,对比分析了高模量沥青混凝土(HMAC)设置在路面结构不同层位对水平荷载和垂直荷载综合作用下路面结构力学响应的影响.结果表明:水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6 cm范围以内;在较大水平荷载作用下,路面结构最大剪应力和最大拉应力峰值增大显著,容易造成路面结构的剪切和拉裂破坏;面上面层设置HMAC和上中面层设置HMAC能够有效地改善这些局部路段路面结构的抗剪切和抗拉裂性能,且在效果上后者优于前者.     

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度应力状况,利用三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。     

车辆荷载作用下纤维沥青路面响应分析

基于弹性理论,采用有限元方法分析车辆荷载作用下,纤维沥青混凝土的模量、不同道路等级下的纤维沥青混凝土层位置和厚度、基层厚度对路表最大弯沉、基层和底基层的层底径向应力的影响。结果表明,纤维加入到沥青路面后,提高了路面的整体变形能力,从而可以减小路面面层的厚度;基层厚度的增加,不仅缓解了由于纤维沥青混凝土面层厚度减小而产生的基层和底基层的层底径向应力的增加,而且可以减小纤维沥青混凝土的掺入量。在考虑提高路面结构的整体性以及面层和基层之间的粘结力时,给出了不同道路等级下纤维沥青路面结构的合理设计。     

基于有限元模型的长陡坡“白改黑”路面层间疲劳应力分析

基于有限元软件模型,分析交通荷载、不同坡度、汽车水平制动、温度场等因素对沥青加铺层剪切应力的影响,以期得到陡坡路段沥青加铺层破坏的理论依据,并依托实体工程,分析水泥路面白改黑方案面层厚度、温度梯度、旧混凝土弹性模量等因素对面层综合应力的影响,进一步为长陡坡"白改黑"路面改造方案设计提供一定的参考。     

透水沥青路面技术在水泥混凝土路面改造中的应用

水泥混凝土路面是指以水泥混凝土为主要材料做面层的路面,俗称白色路面,它具有强度高、稳定性好、使用年限长、养护维修费用少等优点。但在交通荷载及环境等因素影响下,水泥混凝土路面使用一段时间后,会出现板块开裂、角隅破碎、错台等不同程度的病害,为了恢复旧路面的使用性能,往往采取加铺沥青混凝土面层的措施。该文结合上海市奉贤区环城东路水泥混凝土路面改造为透水沥青路面的工程实例,介绍了透水沥青路面,以及橡胶沥青应力吸收层技术的应用。     

基-面层间粘结状态对沥青路面车辙的影响

通过有限元软件模拟基-面层间局部不同粘结状态的沥青路面结构,计算分析了路面处于弹性阶段时荷载作用下的力学响应,结果表明：在车辆荷载作用下,由于基-面层间出现局部完全滑动,路面各面层底最大主拉应变都有增大,最大剪应变以表、中面层底变化明显,竖向压应变以越靠近牯结状态变化区越大;车轮制动,竖向荷载与水平荷载的联合作用加大了路面结构的变形.在此基础上,进行了室内车辙试验,较好地验证了,由于结构层间局部粘结失效,会导致沥青路面出现车辙.     

高模量沥青混凝土对沥青路面结构的高温受力影响分析

为了分析高模量沥青混凝土对沥青路面结构在高温条件下受力的影响,揭示高模量沥青混凝土路面的抗车辙机理,该文对沥青路面结构层材料进行了动态模量试验,并基于高温动态模量建立了弹性层状体系模型,使用Bisar软件分析了高温条件下中面层模量对路面结构受力的影响。结果表明:在高温条件下,随着中面层模量的提高,荷载下方上面层层底与中面层层顶的压、剪应力应变大幅降低,下面层的应力应变有小幅降低,整个路面结构应变水平的降低使其具有良好的抗车辙能力,该研究成果可为沥青路面的抗车辙设计提供参考。     

沥青路面压电输出的仿真分析

为探究沥青路面压电输出能力的大小及其影响因素,基于ABAQUS软件的力学-压电耦合分析技术,建立了压电式沥青路面压电输出的三维有限元仿真模型,分析了压电陶瓷类型、轴重、路面结构参数等对压电输出的影响。结果表明:PZT4的压电输出值最大,且压电输出随荷载的增大线性增加;当PZT埋设在沥青路面上面层与中面层之间时,压电输出随上面层模量的增加而减小,随中面层模量和沥青面层泊松比的增加而增大;PZT所受应力远小于其容许应力范围,满足行车荷载作用下的要求。     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

Viscoelastic Dynamic Response of Saturated Asphalt Pavement

将沥青混合料假设为粘弹性体,应用沥青混合料的蠕变试验结果,拟合蠕变应变公式,建立粘弹性本构关系.将单圆均布荷载作用下的饱水沥青路面简化为空间轴对称问题,建立二维的有限元模型.应用有限元软件进行求解,并对计算结果进行详细地分析,得出以下结论:在行车荷载作用后,路面表面的竖向位移没有完全恢复,产生了竖向永久变形;由于沥青面层(粘弹性体)的应变恢复的速度小于基层(弹性体)的应变恢复速度,导致了路面结构中存在残余应力;在沥青面层(粘弹性体)的应变中,弹性应变部分完全恢复,蠕变应变部分没有完全恢复,大部 分的不可恢复的蠕变应变残留在沥青面层中.     

温度与移动荷载作用下特重交通RCC基层沥青路面结构响应分析

为便于传统半刚性基层沥青路面改造方案结构优选,使改造后的路面能更好地承受特重交通与环境温度作用,针对碾压混凝土(RCC)基层以及组合式基层沥青路面两种改造方案,利用ABAQUS有限元软件进行其在大气温度作用下的路面结构温度场预估、温度应力分析,以及典型温度场与移动荷载的耦合分析。结果表明:①大气温度对路面温度场的影响主要集中在面层,尤其是中上面层,温度变化梯度对温度应力影响较大;②温度应力主要集中在基层及以上结构层,面层在温度较低时承受拉应力,基层顶面承受较大的温度压应力;③相比于组合式基层,RCC基层沥青路面在温度与移动荷载共同作用下,其沥青中下面层剪应力、沥青层层底弯拉应变以及土基顶部压应变等均具有更为明显的力学优势,且抗疲劳开裂和永久变形损伤预期寿命最长。RCC基层沥青路面可作为特重交通路面改造工程的优选结构。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

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。     

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...     

硫磺改性沥青路面的力学响应研究

采用ABAQUS有限元软件对半刚性基层硫磺改性沥青路面进行力学响应计算,将计算结果与SBS改性与基质沥青路面进行对比,结果表明:硫磺改性沥青路面层底弯拉应力显著大于SBS沥青及基质沥青路面,弯沉值小于SBS沥青及基质沥青路面;随着硫磺改性剂掺量增加,路面层底弯拉应力逐渐增大,弯沉值逐渐减小;并且随着沥青面层厚度的增加,面层底部主拉应力减小,弯沉值呈减小趋势。