长寿柔性基层沥青路面的极限应变

长寿柔性路面设计通常采用沥青层底极限拉应变和土基顶部极限压应变作为控制指标。现阶段极限应变指标参照室内试验结果确定，且数值相对固定。而现场路面结构层应变响应值受结构厚度、荷载、环境作用（温度及老化）等因素的影响，在服役过程中不断演化。以2条服役超过35年的柔性路面结构（屯门公路与吐露港公路）为基础，分析了不同服役阶段路面结构层在不同荷载、环境作用下的极限应变响应，探讨了柔性路面极限应变的大概范围。研究结果表明：在初始服役状态下，屯门公路高温状态下沥青层底的极限拉应变为376×10^-6，土基顶部极限压应变为562×10^-6；低温状态下上述极限应变分别降为87×10^-6，249×10^-6；吐露港公路高温状态下沥青层底、土基顶部极限应变分别为149×10^-6，324×10^-6，低温状态下上述应变分别降为50×10^-6，156×10^-6。在经过长期服役后，老化状态下2类路面沥青层底拉应变及土基顶部压应变均大幅降低。屯门公路在使用36年后，某些路段出现零星的疲劳破坏，而吐露港公路则没有发现疲劳破坏。极限应变计算结果表明，路面关键位置的应变受荷载、沥青层厚度、温度和沥青层老化状态等多因素的影响。因此，在进行长寿柔性基层路面设计中，荷载、沥青层厚度、温度及沥青层老化状态等因素都应该考虑在内。     

基于加速加载试验的半刚性基层沥青路面动力响应

为了了解移动车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应规律,修筑足尺试验场,采用置入式应变传感器,检测加速加载设备在车轮荷载作用下的面层底部动力响应,研究了面层底部横向分布以及轴重和温度对路面结构动力响应的影响。结果表明:移动车轮荷载下,面层底部纵向弯拉应变呈拉压应变交变状态,荷载位置仅影响其数值大小;横向弯拉应变比较复杂,胎冠下部呈现拉应变状态,2个轮胎之间及轮胎外侧呈现压应变状态,胎肩位置呈现拉压应变交变状态;面层底部弯拉应变无法充分反映超载车辆对路面的破坏作用;温度对路面结构的动力响应影响显著,30℃、40℃和50℃下沥青路面动力响应分别为常温状态下的3倍、8.9倍和13.3倍。     

公铁两用桥公路组合桥面板车辆荷载试验

公路桥面板直接承受反复车轮荷载，活载效应大，疲劳破坏风险大，已成为桥梁工程领域不可忽视的问题。为研究新型平钢板-PBL组合桥面板的初始应力状态和长期车辆荷载作用下的活载应力响应，以某新建公铁两用钢桁梁桥为工程背景，利用3轴施工车辆进行单车静载、单车动载和双车并行动载试验，通过预埋钢弦应变计和电阻应变片测量桥梁跨中截面和支墩截面的应变，并建立桥梁有限元模型分析桥面板在各种工况下的受力。研究结果表明：桥梁服役之前跨中截面和支墩截面桥面板分别处于受压和受拉的初始应力状态，支墩截面即使采用分段浇筑拉应变仍达101.8×10^-6,存在较大的开裂风险；车辆荷载在桥面板大部分部位产生附加压应力，但在主桁附近横桥向产生附加拉应力，车辆长期作用下主桁附近桥面板有纵向开裂风险；桥面板各测点的影响线长度较短，大多为20 m左右，小于2个节间长度，试验车辆每次通过产生1个较大的应力循环；活载引起的实测应变幅值最大为34.6×10^-6,考虑弯曲应变沿板厚的分布梯度，相应部位桥面板顶、底面的最大应变幅值为51.9×10^-6,有可能引起疲劳失效；有限...     

交通荷载作用下路面结构动态响应分析

为研究路面结构在交通荷载作用下的动态响应,应用ABAQUS软件建立路面的三维有限元模型。探讨了3种路面结构在交通荷载作用下的动压应力和拉应力、水平剪应力和竖向位移等指标。研究结果表明：（1）3种路面结构的最大压应力随着深度的增加逐渐减小,且都在深度0.30m附近出现显著变化;随着所受轴载的增加,结构层面层承受的压应力也随之增大,并向深处扩散;当车载为150kN时,面层所受的压应力为0.15~0.25MPa,而车载为450kN时,基层内的压应力以达到0.15~0.25MPa;在正常行驶情况下,行驶速度为100km/h时,荷载经过时,最大压应力显著变化范围位于0~0.3m深度处;（2）3种路面结构所受的剪应力相对于压应力和拉应力来说较大,这说明汽车在行驶过程中对路面结构的剪切破坏更为明显;（3）前两种路面结构型式中的拉应力整体上呈现先增后减的变化,且都在路面面层出现较大的拉应力,第3种路面结构型式的拉应力基本上呈递增型式,但在0.3m深度以下增长缓慢,路面底基层仍然承受一定的拉应力;（4）通过将试验数据和模拟数值进行对比分析,模拟数据基本与试验实测数据一致,说明建模时所选取的参数能够较好的模拟移动行车荷载对路面的影响;将路面结构所用材料的抗折强度与无侧限抗压强度同模型的模拟值进行对比,得知不同中方案中路面的材料强度储备充分,能满足行车荷载所产生的压应力和拉应力,路面结构设计满足要求。     

乌干达KE高速公路沥青路面力学响应特性的数值模拟

文中运用Abaqus有限元软件建立乌干达KE高速公路路面结构的数值模型,计算标准轴载作用下路面各结构层的应力分布和应变响应,利用面层与基层的厚度变化所产生的应力、应变来评估各个结构层对面层与基层厚度的敏感性。结果表明,面层、基层及土基层主要承受压应力,产生压应变,覆盖层与底基层承受拉应力,产生拉应变,最大拉应力与拉应变均出现在底基层下表面,最大压应力出现在AC-13面层,最大压应变出现在土基层上表面。增加结构层的厚度均会在一定程度上减弱应力分布与应变响应,减少结构层厚度则相反;对AC-13面层厚度的敏感性较强的有AC-20面层、基层及土基层,对AC-20面层厚度敏感性较强的仅有土基层,对基层厚度敏感性较强的有底基层、覆盖层及土基层,基层的厚度变化对路面沉降的影响最大。     

半刚性基层沥青路面对基层状况的荷载响应

根据半刚性基层沥青路面实际应用,采用Ansys分析软件,分析基层材料在完整、松散及收缩裂缝状态下路面荷载的响应、路面结构层的应力、应变和位移情况。分析表明:1)基层材料松散对面层层底拉应变,路面弯沉及路基顶的压应变影响显著;2)横向干缩裂缝可改变沥青面层层底最大拉应变方向,对层底拉应变影响较显著。分析结果对减少半刚性基层收缩裂缝,提高路面使用寿命有一定理论指导作用。     

不同轴拉性能的超高性能混凝土圆环约束收缩性能

开展2种不同轴拉性能（高应变强化型和应变软化型）的超高性能混凝土（UHPC）的圆环约束收缩性能研究。首先对高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC进行单轴拉伸试验及声发射实时损伤定位试验，得到不同龄期时（2，7，28，80 d） UHPC的轴拉应力-应变曲线及其拉伸损伤演化机制。随后对2种UHPC进行圆环约束试验，得到UHPC内钢环的压缩应变-龄期曲线。最后基于高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC的轴拉性能（应变强化与否）、抗拉强度发展规律及拉伸损伤演化机制，分析2种UHPC的圆环约束收缩机理。研究结果表明：高应变强化型UHPC的内钢环压缩应变-龄期曲线出现大量幅值小于10×10^-6的锯齿形波动，对应产生的微裂纹宽度小于0.01 mm，与裂缝测宽仪（精度为0.01 mm）在UHPC圆环试件上始终未检测到微裂纹的结论相一致；应变软化型UHPC的内钢环压缩应变随着龄期出现了4次较明显的瞬时突变（28×10^-6，53×10^-6，41×10^-6，18×10^-6），且裂缝测宽仪在UHPC表面检测到了4条微裂缝（0.035，0.050，0.040，0.020 mm），由于拉伸软化特性，后续在其他荷载作用下会导致裂缝持续扩展；高应变强化型UHPC的应变强化特性使其在约束状态下产生的拉应力以多点分布微裂纹（宽度小于0.01 mm）的形式逐步小幅释放，应变软化型UHPC在约束作用下产生的拉应力通过多缝开裂（宽度小于0.05 mm）的方式瞬时部分释放。     

典型沥青混凝土路面结构力学响应的分布

针对7种典型沥青混凝土路面结构,采用建立的三维有限元模型,分析了路基路面在不同轴载和轴型作用下的力学响应,并统计了路基路面力学响应量的分布和大小。结果表明:面层弯沉分布范围为45~200(0.01mm),基层层底拉应力的分布范围为44~207kPa,底基层层底拉应力的分布范围为54~306kPa,垫层层底拉应力的分布范围为9~139kPa;路基工作区深度范围内的主应力范围为20σ1110kPa,0σ360kPa,路基主应力比主要集中在1.8~6.0之间,路基顶面压应变主要集中在233~800με之间。     

FWD荷载下的沥青路面动力响应分析

为研究沥青路面在移动荷载作用下的实际动力响应规律,依托345国道工程铺筑的沥青路面试验路,采用落锤式弯沉仪(FWD),通过埋设于路面结构中的应变传感器,获取FWD荷载作用下沥青路面的层底弯拉应变响应。基于FWD荷载下的路面实测动力响应表明,路面结构层层底横向、纵向应变的脉冲信号呈现受拉状态,竖向应变呈现受压状态。横向应变脉冲峰值呈现逐渐递减的趋势：ε_t(下面层层底)>ε₍t(底基层层底))>ε₍t(下基层层底))。纵向应变脉冲峰值也呈现逐渐递减的趋势：ε₍l(下面层层底))>ε₍l(底基层层底))>ε₍l(下基层层底))。当FWD荷载作用结束时,下面层层底横向、纵向、竖向应变存在残余应变现象。基于ABAQUS软件建立的三维有限元模型,计算在FWD荷载作用下的动力响应表明,横向分布上,从承载板中心开始,应力应变逐渐减小,最大峰值出现在承载板中心下方。沥青层应变峰值和温度、荷载呈现正相关,下面层层底三向应变峰值与温度、荷载、弯沉呈指数增...     

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。     

行车荷载下不同沥青路面结构动力响应测试分析

为研究行车荷载下不同沥青路面结构的动力响应,验证、完善我国沥青路面设计方法,在两种倒装式和传统半刚性基层沥青路面结构内部埋设沥青应变计、土压力计和垂直大变形应变计等传感元件,以单后轴货车为行车荷载,现场开展了不同轴重、不同行车速度及制动工况下3种路面结构的动力响应测试。以沥青层层底纵向应变与横向应变、路基顶面土压力和过渡层底部竖向压应力与竖向位移为评价指标,分析了不同沥青路面结构的动力响应规律。结果表明:随行车速度增加,各路面结构沥青层层底应变、过渡层竖向压应力与竖向位移均明显减小;从拉应变循环幅值看,半刚性基层结构随车速的变化更敏感;相同轴重和车速下半刚性基层结构路基顶面的压应力远小于倒装式结构,半刚性基层结构荷载扩散能力更优;相同车速下,3种路面结构沥青层层底纵向应变循环幅值和路基顶土压力均随轴重增加而增大,且半刚性基层结构的增幅相对更大,即半刚性基层结构对荷载更敏感,倒装式结构对荷载适应性更强;车辆制动会引起沥青层层底残余应变、纵(横)向应变与应变循环幅值大幅增加,频繁制动易引起路面车辙变形和加速路面沥青层疲劳破坏。     

基层模量对沥青路面力学性能的影响分析

沥青路面的基层材料种类繁多，模量变化范围很大，而基层模量对路面结构力学有重要的影响。选取3种典型的路面结构，选用4种实测轮胎接地荷载，建立三维有限元路面结构模型，分析基层模量变化时的力学响应。结果显示，基层模量的增加对路面使用寿命有2种不同的影响趋势，一方面可以减少沥青层层底弯拉应变，从而增加沥青路面的疲劳寿命；另一方面，表面层最大剪应力呈明显的增大趋势，容易产生路表面局部早期损坏。在此基础上，给出基层模量的合理范围建议值。最后，提出增加一个抗剪指标以控制基层的模量。     

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。     

半刚性基层长寿命沥青路面结构设计指标研究

为了研究国外基于柔性结构提出的长寿命路面设计指标是否适合我国半刚性基层结构的设计,本文采用BISAR3.0程序对我国典型半刚性基层结构和国外典型柔性结构进行了拉应力、拉应变和竖向压应变分析。结果显示,半刚性基层结构内应力、应变分布与柔性结构有较大的差异,故建议在我国半刚性基层长寿命路面设计时,应采取沥青层内最大拉应变、半刚性基层底最大拉应力、土基顶面压应变作为设计验算指标,且基顶压应变值应小于国外提出的200με。     

重载交通半刚性基层沥青混凝土路面结构应变分析

以多层弹性层状体系理论双圆均布荷载为基础,结合国外长寿命路面设计方法及要求,对重载情况下半刚性基层沥青混凝士路面的沥青混凝土层拉应变分布规律进行研究.结果表明.对于半刚性基层的长寿命路面而言,有必要将中面层底部的拉应变作为控制指标之一.在半刚性基层的长寿命路面设计中.控制指标不仅要考虑沥青混凝土层层底拉应变.也要考虑沥青混凝土表面层的托应变.     

重载作用下典型路面结构动态响应数据采集与分析

通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律。研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应。     

基于应力吸收层的冷再生加铺层耦合应力分析

利用线弹性力学原理建立路面结构三维模型,分析了沥青混凝土冷再生加铺层结构的荷载—温度耦合应力,总结出了在三种不同裂缝情况下冷再生加铺层结构各层应力随结构参数变化的规律。在此基础上采用有限元法建立路面结构三维模型,分析结果为泡沫冷再生基层能够有效的阻止反射裂缝的蔓延,设置应力吸收层后对减小面层剪应力、层底拉应力、基层拉应变和基础顶面压应变意义重大,使大修后的冷再生路面结构更具有柔性及耐疲劳性能,因此能够抑制和延缓裂缝反射到加铺层顶所需的时间,从而在很大程度上延长了路面的使用寿命。     

不同橡胶沥青路面结构静载力学数值分析

为探讨不同结构沥青路面在静载作用下的力学性能,基于ANSYS有限元理论,拟定3种类型橡胶沥青路面结构并建立静力学有限元模型,分别针对沥青层层底拉应变、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力进行数值分析。结果表明,3种结构路面在荷载作用下沥青层第一层层底均出现压应变,路面深度增至临近第二层层底时逐渐转变成拉应变;沥青层层底发生拉应变主要是由于沥青层模量和基层类型的影响;3种结构沥青路面层剪应力均随着路面深度的增加呈现先增后减的趋势。     

透水沥青路面结构力学性能浅析

基于国内常用的透水路面结构形式,采用APBIH97软件计算了不同类型透水路面结构的半刚性基层层底拉应力、土基顶面压应变。分析结果表明:对于交通荷载轻、交通量小的机动车道,在进行力学分析验证的基础上,可采用半透式沥青路面结构及双层基层全透式沥青路面结构。其成果可为透水路面结构方案的设计提供参考。     

冲击荷载作用下不设搭板路桥过渡段的动力响应分析

针对桥头跳车引起的冲击荷载问题,运用有限元软件,对不设搭板的路桥过渡段在冲击荷载作用下动力响应进行分析,得到不同台阶高度、车速及轴重作用下不设搭板路桥过渡段的路表弯沉、基层底拉应力以及路基顶面压应变等力学响应值。结果表明:冲击荷载作用下路表弯沉、基层底拉应力及路基顶面压应变等指标均大于静载作用下的力学响应值,路面结构设计时,应在静载作用下路面力学响应值的基础上乘以相应的动载系数。