永久性沥青路面试验路力学响应分布的数值仿真

为解决重载交通和复杂环境条件耦合作用下路面结构力学响应计算与实际不符的技术难题,采用永久性沥青路面试验路实测交通荷载、路面结构温度场和力学响应数据,分别构建轴载、路面温度场参数概率分布函数和基于轴载、温度变量的沥青层底最大应变力学响应回归模型。在此基础上,用计算机编程语言基于蒙特卡罗模拟法设计出参数抽样和沥青路面力学响应概率分布程序,建立了针对轴载、温度场参数离散型分布和正态分布特点的随机变量抽样方法,实现了参数输入和基于全年交通组成与温度变化周期的沥青路面力学响应分布的模拟仿真。结果表明,模拟的力学响应分布与工程实测结果一致,均近似服从正态分布。研究证明了通过蒙特卡罗模拟可揭示路面结构在荷载和温度耦合作用下的力学响应规律。     

基于实测轴载谱的重载沥青路面交通参数

为更准确地确定重载沥青路面设计的交通参数,首先提出了车辆分类方法,然后通过调查收集京沪高速公路鲁苏省界的车辆类型及轴载数据和长深高速公路滨州段的动态称重数据,创建了车辆轴载信息数据库.根据数据库查询统计,分析了沥青路面设计的交通参数,包括车辆类型分布系数、卡车月调节系数、卡车小时分布系数、轴数系数和轴栽分布系数,并给出了相应的推荐值.最后分别统计分析了前轴、双轮组单轴、双联轴和三联轴的轴载累积分布率.结果表明,在进行路面结构设计时,宜根据交通等级和类似道路车辆轴载统计确定设计代表荷载;基于实测轴载分析提出以单轴160 kN作为重栽交通设计轴载,以双联轴380 kN作为验算荷载.     

基于交通轴载数据的校验与模型建立

基于智慧高速营运数据采集系统和轴载原始记录等数据,提出了交通计重收费荷载的采集要素与校验方法,建立了无效数据清洗原则、基于贝叶斯理论的交通荷载参数计算模型、缺失轴载数据挖掘方法,得到了当量设计轴载累计作用次数,客观和精确地反映了交通荷载特性,为路面结构设计、养护与营运工作提供更精确、客观的交通荷载特性数据。     

适合我国高速公路交通荷载特性的轴载谱参数分析

在传统的路面结构设计方法中是将混和交通换算成当量轴载作用次数(ESAL),这将不可避免的带来误差。使用轴载谱的方法可以更精确的分析交通荷载对路面的破坏作用。该研究针对我国高速公路的交通荷载特性,将车辆按其轴载组成划分为11种不同车型,这11种车型占总交通流量的99%以上,适用于我国情况且使用简单。收集了江苏省某高速公路从2004年到2006年所有车辆的动态称重数据,按新的车辆分类方法确定了其轴载谱参数,包括车辆类型分布系数、月调节系数、小时分布系数、轴数系数和轴载分布系数,供路面结构分析和设计参考。     

公路桥梁车辆荷载截尾分段概率模型及应用

为了准确描述实际公路桥梁车辆荷载多峰厚尾的分布特征,利用分段函数结合多个高斯分布函数,并采用数据拟合方法,求得了车辆荷载的概率密度函数和概率分布函数表达式,建立了车辆荷载的分段截尾的多重混合高斯概率分布模型,并进一步推导了基于EM算法的多重混合高斯分布模型求解方法。根据中国实测车辆荷载的轴组特征,获得了各典型地区该分段截尾车辆荷载模型的概率分布参数。分析结果表明:该分布函数模型的拟合精度较高,能准确反映荷载分布的多峰厚尾特征;各典型地区车辆荷载轴质量分布呈现不同特点,但各地区单轴质量的首峰分布基本一致,各轴组荷载普遍超载,特别是贵州、湖北和湖南地区超载较严重;各地区双联轴、三联轴的平均轴质量超出汽车国标规定值约2倍,双联轴平均轴质量超出现行公路工程规范标准值的15%以上;实测数据显示三联轴在95%保证率下的平均轴质量约为50t。     

云南省高速公路轴载分布研究

通过开展云南省内昆石、楚大、思小高速3条不同交通轴载特征的高速公路收费站点资料搜集以及实地轴载调查;经统计分析获得上述3条高速公路轴载具有代表性的年交通量组成以及按特征轮轴类型和轮轴组合分类的各车型比例;采用加权高斯密度函数进行轴载分布多峰值形式下的曲线拟合,得到不同轴型的分布系数;最终提出云南地区代表3类不同交通轴载特征的高速公路当量轴载分布。研究成果表明,高斯分布函数能很好的拟合不同轴型轴载分布曲线;考虑不同轮轴类型、轮轴组合形式的轴载分布能代表不同高速公路的交通轴载特征,研究成果可为混合交通下沥青路面损伤分析、路面使用寿命预估提供以及其他道路运营或路面设计研究提供参考。     

超重轴载下水泥混凝土路面的计算

针对目前道路上车辆超载现象严重而导致水泥混凝土路面过早损坏，引入等代轴载，采用AASHTO的轴载换算公式，提出了超载车辆作用下水泥混凝土路面的设计方法。     

高速公路轴载特性的分布模型

针对轴载分布柱状图不连续性给轴载换算过程带来的不便等问题,利用非线性最小二乘法对轴载谱进行曲线拟合,得到连续可微的拟合函数.在此基础上提出轴载换算系数和当量换算系数,将拟合函数运用于累计当量轴次预算中,为典型路面结构的设计提供了理论依据.     

动态称重系统数据采集及分析

采用山东省永久路面试验路的动态称重系统,详细介绍了动态称重系统的组成结构、动态称重系统的安装以及轴型的分类,并对所采集的轴载数据的处理方法进行了介绍和比较。在此基础上,分析了道路通行车辆的实际轴载谱、不同类型通行车辆的轴载变化、试验路段交通量的日、周、月变化以及车辆的速度变化,通行车辆的车道分布等,结果表明,实时采集车辆通行数据的动态称重系统所采集的数据库数据可以有效地解决原来轴载调查使用方法存在的与实际轴载不符的问题。     

基于混合对数正态分布的桥梁车辆荷载模型研究

为研究特大桥梁车辆荷载的概率模型,选取南溪长江大桥基于动态称重系统(WIM)的监测数据,对其通行车辆荷载概率模型进行分析,建立了南溪长江大桥实际车辆荷载的混合对数正态概率模型,并采用非线性最小二乘估计对该模型参数进行了估计。结果表明,针对南溪长江大桥的车辆荷载数据呈现多峰的情况,采用3个对数正态分布混合的模型拟合车辆荷载数据效果显著,能较好地反映桥梁荷载的实际情况。     

内蒙古西部地区高速公路轴载谱分析

为更加适应最新规范在路面结构设计中分析交通轴载对路面使用性能的影响,采用WIM(车辆动态称重技术)获取2015~2017年内蒙古西部地区高速公路22个代表性断面车辆的动态称重数据,分析了各类车各个轴型其轴载谱参数,得到内蒙古西部地区高速公路上2、3、7、9、10类5种车型所占的比例高达95%;各类车的单轴单胎的轴数系数均很大,其中6类车和10类车能达到2.00;8种车型的月分布系数存在较大的区别且同一类型车辆存在差异变化;不同车型在各条高速公路中交通量小时分布系数差异性非常大,其中8~10类大型货车主要集中在夜间行驶,晚间0:00以后交通量达到最大值;8~10类车中三联轴的超载情况比较严重,轴载谱右边的峰值所占的比例明显要比左边的峰值高。     

应用线弹性疲劳损伤理论的沥青路面轴载换算

应用疲劳损伤力学基本原理,探讨了适用于沥青路面轴载换算的新方法,并对该方法拟合的公式与规范按弯沉等效推荐的当量轴载换算公式进行了比较。计算结果表明在进行沥青路面轴载换算时,采用不同的等效换算原理,将导致非标准轴载与标准轴载当量换算系数上的不同,前者较后者大。这种差异一方面直接影响沥青路面的结构厚度设计,对设计年限内累计当量标准轴载作用次数的低估,必然导致沥青路面早期破损现象的发生;另一方面揭示弯沉等效表征的是路面结构的瞬间刚度性质,代替不了路面结构的长期疲劳强度特性。     

基于WIM的钢桥面板轴重频值谱推导

依据钢桥面板的受力特点,分析了它的疲劳特性,在原有的荷载频谱值的基础上,提出了更为精确的基于轴重频值谱的疲劳寿命评估方法。以压电式动态称重获取的贵州坝陵河大桥一周的车辆数据为样本,根据轴组类型对所测的车辆车轴进行分类,将车辆分为7种车型形式,并建立了3种轴型的轴载谱。依据所监测的数据,并结合正交异型钢桥面板的疲劳特性,推导得到了适宜分析钢桥面板疲劳的随机轴重谱。以面板与U肋连接处的疲劳细节为例,将轴重频值谱以及随机轴重频值谱作为输入,计算得到该细节处的应力谱以及剩余使用寿命。这一研究为钢桥面板的疲劳验算提供了更加准确的方法。     

水泥混凝土路面下路基工作区深度确定方法的探讨

通过讨论原路基工作区深度确定方法的局限性及应用于水泥混凝土路面时的不合理之处,提出以荷载作用于水泥混凝土面板不同荷位时的路基应力比（板角、板边时的路基应力与板中时的比值）作为水泥混凝土路面下路基工作区深度的控制指标。采用有限元方法,讨论了路基应力扩散特征和工作区深度,给出了路基深度0.8m处的应力比取值范围。结果表明：不同轴型（单轴、双轴和三轴）及不同公路等级的路基工作区深度变化在0.65～1.55m之间,原0.8m的路基工作区深度已不能完全满足现在路面结构和轴荷条件下的情况。在综合考虑轴荷、路面结构和公路等级基础上,推荐了路基工作区深度值。     

公路运输超载现象及其解决对策分析

通过交通量及交通组成调查，利用HPS便携式轮重仪进行现场轴重测试，得到车辆的轴载谱及超载的可靠数据。从重载交通的标准轴载换算和累计当量作用次数人手，得出超载是水泥混凝土路面结构早期破坏的重要原因之一。提出路面结构设计应充分考虑超载运输影响及针对重载交通的公路技术、汽车技术及管理对策。     

水泥混凝土路面临界荷位研究

基于Winkler弹性地基模型假设,结合多轴化、重载化的交通运载趋势,考虑不同温度梯度对水泥混凝土路面受力情况的影响,对各种车型位于不同荷载作用位置时的水泥混凝土路面受力状态进行有限元分析,确定不同荷载应力与温度应力耦合作用下水泥混凝土路面的临界荷位,为采用不同设计标准的各种设计方法提出选取临界荷位的合理建议。结果表明,若以板中荷载疲劳应力破坏为设计标准,当水泥混凝土路面处于正温度梯度或零温度梯度时,其临界荷位为车辆载重轴作用于纵缝边缘中部位置;当水泥混凝土路面处于负温度梯度时,临界荷位为车辆相邻两轴作用于同一块路面板的前后两端位置;若以板角挠度破坏为设计标准,无论水泥混凝土路面处于何种温度梯度,临界荷位均为载重轴作用于靠近角隅的板边横缝边缘。     

柔性基层沥青路面轴载换算方法研究

文中结合重载交通实际状况和柔性基层沥青路面的普遍结构形式,考虑柔性基层沥青路面材料的非线性,采用粘弹性有限元法分析重载交通对柔性基层沥青路面路表弯沉的影响,提出了轴载换算指标,得到了柔性基层沥青路面的轴载换算公式。结果表明:柔性基层沥青路面对于重载交通的轴载敏感性小于半刚性基层路面,更能适应我国公路运输中超载超限问题突出的现状。     

公路货物超载运输轴载调查及数据分析研究

为了有效地获取超载超限条件下公路运输车辆的实际轴载信息,研究了通过称重设备对行驶车辆进行现场称重的轴载调查及数据分析方法,阐述了车辆轮轴类型分类、车辆轴载称重调查、按轮轴类型划分的交通量调查、调查数据分析与轴载谱分析的内容、方法和注意事项。结合公路安徽世行项目Ⅱ———超载运输研究,给出了调查与分析实例,证明文中的方法切实可行。     

实测轴载谱道路当量轴载换算系数的确定

对路面损坏起作用的是轴载,不同的轴载谱可以换算得到不同的当量轴载换算系数。在以往的计算中由于称重仪器的缺乏,采用了近似方法模拟轴载谱;现WIM得到了应用,实际轴载谱的获得已经可能。提出了实测轴载谱条件下道路当量轴载换算系数的确定方法,并结合上海市轴载调查给出了按照道路分类进行的标准轴载作用次数的计算实例。     

半刚性基层沥青路面重载标准的论证

该文通过对天津市滨海新区几条有代表性的干线道路的路面结构及交通组成的调查,确定该区域代表车型及荷载分布范围,同时通过力学计算,明确路面结构对轴载变化最敏感的范围,最后讨论了轴载变化对轴次换算、弯沉等路面设计指标的影响,确定了天津市滨海新区重载交通标准轴载,并提出了一种标准轴载的论证思路。