不同层间接触条件下半刚性路面结构疲劳特性分析研究

对半刚性基层沥青路面层间处于完全连续、完全滑动状态条件下的拉应力、剪应力分布进行了分析,同时分析了考虑半滑动半连续状态中不同的滑动系数对沥青层和半刚性层的最大拉应力的影响,并根据我国现行沥青路面设计规范进行了完全连续、完全滑动、半滑动半连续状态下的半刚性基层沥青路面疲劳特性分析。结合湖南省常张高速公路的工程实践,介绍了层间粘接处理的工程经验。     

不同层间连续状态下沥青路面力学响应

利用ANSYS有限元软件对半刚性基层沥青路面建立三维有限元模型,研究沥青层与基层层间不完全连续状态对沥青路面力学响应的影响,并在层间不连续下研究沥青层及基层参数的变化对力学响应的影响,并基于此对半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。研究表明:沥青层模量每增加200MPa,沥青层拉应变减小12.07%;基层模量每增加400MPa,基层层底拉应力增加13.95%;建议在半刚性基层厚度在32cm以上取值,基层模量控制在3700MPa以下。     

层间接触状态对半刚性路面的力学响应

针对半刚性基层沥青路面的特点,考虑层间光滑及层间连续两种层间接触条件,运用BISAR3.0程序分析了其对半刚性路面结构中的最大层底水平弯拉应力、水平弯拉应变及层间剪应力因素的变化规律的影响。并用MATLAB软件将各主要力学响应量进行三维化处理,对个影响因素进行了全面的比较和分析。结果表明:当层间接触条件由完全光滑变为完全连续时,半刚性基层沥青路面的力学响应分布发生明显变化。     

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%。     

层间接触条件对半刚性路面力学响应的影响分析

半刚性基层沥青路面为当前沥青路面的主要结构形式之一。以京津塘高速公路改扩建工程为依托,以壳牌设计软件BISAR3．0为计算工具,考虑层间光滑及层间连续两种层间接触条件,并用MATLAB7．0软件将各主要力学响应量进行三维化处理,对半刚性基层沥青路面在不同层间接触条件下的力学响应分布进行了全面的比较和分析。结果表明：当层间接触条件由完全光滑变为完全连续时,半刚性基层沥青路面的力学响应分布发生明显变化;与层问光滑条件下而言,层间连续条件下半刚性路面具有较明显的力学优势。     

沥青路面层间结合状态力学分析与质量控制要求

分别对层间连续状态、半连续半滑动状态、完全滑动状态下,变化不同荷载作用,对路面结构的受力状态进行分析,得出在重载交通作用下和层间处于滑动状态下,沥青路面易发生结构性破坏,大大降低沥青路面的使用寿命。同时结合唐津高速改扩建工程实际,提出透层和下封层的施工过程关键技术。     

沥青路面结构层界面效应研究

当沥青面层和基层之间的界面条件从理想的连续状态过渡为滑动状态或半连续半滑动状态时,沥青层底部的弯拉应力和应变将可能成为控制性指标,将有可能在荷载作用下早于基层首先发生弯拉开裂,并逐渐向上扩展,成为破坏的根源。为了使沥青路面能够在实际工程中得到更好的应用,有必要对这种界面特性进行分析。通过介绍沥青路面破坏的内在因素,对沥青路面结构层界面进行效应分析,并提出预防措施。     

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.     

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。     

半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性研究

针对半刚性材料作为长寿命沥青路面基层使用问题,通过拟定典型路面,采用BISAB3.0计算了不同沥青层厚度下半刚性基层沥青路面的承载能力和疲劳寿命,分析了沥青层加厚对半刚性基层的基层应力和半刚性材料干缩、温缩的影响,研究了半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性.结果表明:相同荷载作用下,沥青层厚度增加,半刚性基层层顶压应力和层底拉应力明显减小,基层疲劳寿命大幅提高;半刚性基层受温度、水等外界因素影响明显减弱,半刚性基层的开裂、冲刷和路面反射裂缝等问题得以有效控制.     

半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝影响因素分析

借助ABAQUS有限元计算平台,应用断裂力学理论,综合分析半刚性基层沥青路面反射裂缝影响因素及影响程度,并对分析结果进行极差分析。结果表明,沥青层模量对半刚性基层沥青路面反射裂缝尖端应力强度因子影响程度最大,增大沥青层模量将显著增加裂缝尖端应力强度因子;基层-土基层间粘结状况对反射裂缝尖端应力强度因子的影响仅次于沥青层模量;半刚性基层及土基模量对反射裂缝尖端应力强度因子影响最小。因此,在采用高模量沥青层增加沥青路面结构抗永久变形能力同时,应注意其对半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的不良影响。     

高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究

为了修筑更具耐久性的半刚性基层长寿命沥青路面,探究高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面应用的合理性及可行性,采用弹性层状体系模型分析了不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。进而通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验,评价了高模量沥青混凝土的抗疲劳特性,采用累积耗散能指标将其与表面层材料进行了比较。结果表明:对于薄面层的半刚性基层沥青路面,当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时,沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变,沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险;随着下面层模量的增加,沥青面层底部的剪应力略有增加,而最大剪应力均值有所减小,有利于改善沥青下面层的抗剪能力;不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别,而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一,20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能;在半刚性基层长寿命沥青路面中,下面层使用高模量沥青混凝土可以改善路面的抗车辙和抗疲劳性能,为实体工程建设提供一定的参考依据。     

层间接触状态对温度及荷载应力的影响研究

层间接触状态是影响半刚性基层沥青路面受力特性及损坏状况的重要因素。为分析面层内及面层与基层间设置应力吸收层时,温度及车辆荷载作用下,应力吸收层与结构层间粘结状况对路面结构内应力分布的影响,将应力吸收层模拟为正交各向异性中的横观各向同性材料。研究表明,可以通过设置应力吸收层不同参数而模拟层间不同接触状态;同时温度荷载作用下,设置应力吸收层时,若层间接触状态由连续变为光滑,则沥青面层内温度应力最大值由于新的应力释放方式的出现而减小。交通荷载作用下,当基层-面层间接触状态由连续变为滑动时,面层底面的受力状态由受压变为受拉,因此为减少路面开裂,结构层间应选择合适的接触状态,从而取得二者的平衡。     

半刚性基层与沥青层之间界面条件对结构性能的影响

利用弹性层状体系理论计算了在不同层间条件下的半刚性沥青路面沥青层中的剪应力、拉应力分布情况及路表弯沉值,分析了基层与沥青层之间由于层间界面条件变化引起的路面结构受力状态的变化。计算表明基层与面层保持连续的界面条件是十分重要的;过分致密不透水的半刚性基层有可能造成路面的早期损坏。     

考虑层间状态的沥青路面动力响应有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了考虑轮胎-路面不均匀接触压力分布的半刚性基层沥青路面结构动力响应分析三维有限元模型,并就不同面层-基层层间接触状态对沥青面层结构响应的影响进行了分析。结果表明,不同层间接触状态下,沥青层底应变响应时程曲线的形态一致,但完全连续和非连续状态下应变响应峰值相差较大;实际使用过程中,随着沥青路面面层-基层层间接触状态的衰变,层底弯拉应变会显著增大,易导致面层层底的疲劳开裂。     

层间接触状态对沥青路面结构性能影响分析

为了研究不同接触状态(连续、弱连续、光滑3种状态)对沥青路面结构影响,采用Ansys建立了典型半刚性基层沥青路面结构模型,计算了沥青路面结构在不同接触状态下的力学响应,以及路表弯沉、最大剪应力、层底拉应力、层底拉应变对路面结构的影响。结果表明:随着层间接触从连续转变为光滑状态,路表弯沉迅速增大、相应的层底拉应力也迅速增长,进而使得横向裂缝发生几率急剧增大。因此结构层间接触状态的变化将会引起结构层内应力波动,使得主应力应变向不利方向发展,所以路面层间接触的设计和施工非常重要。     

混合式基层沥青路面结构设计方法的研究

分析了现行规范中沥青路面结构设计方法存在的问题,并考虑当前沥青路面的损坏特点及混合式基层沥青路面的结构特点,提出了考虑了不同层间粘结条件、以弯沉、沥青层最大拉应力、半刚性层底最大拉应力以及剪应力为设计或验算指标的混合式基层沥青路面结构设计方法,比较了新设计方法及2006版规范设计方法的计算差异,并以湖南省邵永高速公路实体工程为例介绍了沥青路面结构组合设计的计算过程。     

超载现象对沥青路面结构力学影响分析

基于甘肃省目前普遍存在的超载现象,采用我国典型的半刚性沥青路面结构,同时针对沥青路面面层-基层间的层间接触,利用路面结构分析计算软件BISAR3.0 对半刚性沥青路面的路表弯沉、面层层底弯拉应力及路基顶压应变进行计算分析。结果表明,不同的超载率对半刚性基层沥青路面结构力学响应有很大影响,而面层-基层间层间接触条件的逐步恶化又加剧了超载对路面的损害效应。基于此结论,建议在路面施工过程中,应保证面层-基层间接触良好,并在道路运营期间采取一些措施控制车辆的超载、重载。     

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.