高模量沥青混凝土路面永久变形有限元分析

为研究高模量沥青混凝土路面的永久变形性能,运用ANSYS有限元软件对沥青路面结构进行建模,分别对轴载作用大小、中面层厚度、面层材料等因素影响沥青混凝土路面永久变形性能进行分析。得出结论:(1)中面层厚度的增加并不能有效降低路面结构的永久变形;(2)中面层材料选用高模量沥青混合料可有效提升路面结构的抗永久变形性能;(3)重载超载频繁的路面易发生永久变形现象,高模量沥青混合料可有效提升路面结构抗永久变形性能。     

基于TLA与纤维复合改性技术高模量沥青混合料耐久性试验研究

为改善高模量沥青混合料的低温抗裂性和耐久性,提出采用TLA与聚酯纤维复配方案获取高模量沥青混凝土,并基于室内加速加载、低温弯曲、冻融劈裂和APA疲劳试验研究了TLA掺量对高模量沥青混合料抗永久变形能力、低温抗裂性、水稳定性以及疲劳耐久性的影响,同时揭示了TLA与聚酯纤维对复合改性高模量沥青混合料的影响机理,推荐高模量沥青混合料最佳的复配方案为30%TLA+3‰聚酯纤维。     

重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

减薄高模量沥青路面厚度的可行性分析

在沥青混合料中添加外掺剂提高沥青路面模量的同时,使建设成本增加,通过减薄沥青层厚度可获得经济效益上的平衡。对比分析了原路面与减薄后的高模量路面在沥青混合料层永久变形量、沥青层底拉应变、无机结合料稳定层层底拉应力及路基顶面竖向压应变四个设计指标下的力学响应。结果表明:减薄后的高模量沥青路面永久变形量降低、疲劳寿命略有提高。     

高模量沥青及混合料动态模量研究

沥青及沥青混合料动态模量是评价其抵抗变形能力的关键指标,高模量沥青及混合料通过加强路面材料的动态模量,实现路面抗车辙目的。研究采用TLA改性沥青、35号硬质沥青HMB-C以及SBS改性沥青分别制备了高模量沥青及混合料,采用沥青流变仪及路面性能简单试验仪分别测定了沥青及混合料动态模量,并分析了CAM模型及Sigmoidal模型对高模量沥青及混合料的适用性。结果显示,30%TLA改性沥青与35号硬质沥青性能相近,沥青混合料流变性质与其胶结料流变特性密切相关;沥青及混合料动态模量优劣排序均为30%TLA>HMB-C>5%SBS;CAM模型可适用于预测高模量沥青动态模量,而Sigmoidal模型可用于预测高模量混合料动态模量。     

高模量沥青混合料的试验研究

从高模量沥青混合料的材料组成及配合比设计出发,通过与基质沥青混合料和几种改性沥青混合料路用性能的对比,利用试验方法分析了高模量沥青混合料材料的高温稳定性、低温抗裂性以及不同温度和加载频率下的动态模量。试验表明,采用高模量沥青混合料在保证沥青混合料路面低温性能不降低的前提下可以有效提高沥青混凝土路面的高温稳定性;同时,根据对动态模量试验数据的分析,得出提高沥青混合料弹性模量可以有效减缓高速公路沥青混凝土路面车辙产生的结论。     

高模量沥青混合料动态模量及其主曲线研究

为了指导高模量沥青混凝土的设计和应用,采用简单性能试验机(SPT)测试了两种不同掺加剂(ZQ-2和ECB)的高模量改性沥青混合料的动态模量,根据时间-温度置换原理,利用非线性最小二乘法拟合得到了参考温度下的动态模量主曲线,并应用其预测了两种高模量沥青混合料的高低温性能,最后与抗压回弹模量进行对比分析。结果表明:高模量沥青混合料的动态模量依赖温度和频率的变化;ZQ-2高模量沥青混合料的高温抗车辙性能和低温抗变形能力均优于ECB高模量沥青混合料;抗压回弹模量对应于频率较低时(0.01~0.1 Hz)的动态模量,采用动态模量进行沥青路面设计更合理科学。     

高模量沥青路面车辙的数值分析

为研究高模量沥青混合料对沥青路面抗车辙能力的影响,分别采用PR外掺剂和50#硬质沥青制备高模量沥青混合料,应用于路面结构的中、下面层,再利用ABAQUS有限元程序进行了路面车辙的数值分析。结果表明,采用PR外掺剂和50#硬质沥青后,沥青混合料模量显著提高,蠕变应变显著降低;高模量沥青路面的路表车辙大幅减少,幅度达36.4%;沥青面层各层永久变形占总车辙的比例表现为上面层比例变化不大,中面层比例降低,下面层比例提高。高模量沥青混合料可以提高沥青路面的抗车辙能力,值得推广应用。     

全厚式高模量沥青混凝土路面结构设计及力学分析

利用路面专用程序PADS计算全厚式高模量、全厚式普通和半刚性基层3种沥青混凝土路面结构厚度;根据弹性层状理论体系,建立了上述3种沥青混凝土路面结构三维有限元模型,对路面结构在荷载作用下的设计层层底应力状态进行对比分析;应用美国MEPDG推荐的沥青混凝土路面永久变形预估方法对沥青混凝土路面结构进行车辙预估,并对其疲劳寿命进行了计算.结果表明,全厚式高模量沥青混凝土路面结构能够有效减薄路面结构厚度,是抗车辙性能及疲劳性能综合最优的路面结构类型.     

基于重复压剪加载试验沥青混合料高温性能研究

为研究沥青混合料的高温抗永久变形性能，分别采用AMPT流变次数试验及EN标准系列中的车辙敏感性试验对20^#沥青混合料HMAC-20、SBS改性沥青混合料AC-20、橡胶改性沥青混合料ARHM-20及70^#沥青混合料AC-25四种沥青混合料进行了试验及评价。结果表明：1)流变次数、流变次数对应的累积永久应变、车辙变形率均可作为沥青混合料高温性能评价指标；2)流变次数试验稳定阶段的应变增长率不大于8με时，20^#沥青混合料高温性能良好；3)高模量沥青混合料的高温性能优于SBS改性沥青混合料。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

重复荷载下沥青混合料变形的数值模拟

采用加载0.1 s、卸载0.9 s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,利用线性Drucker-Prager蠕变模型对重复荷载下AC-13C基质、改性沥青混合料的变形进行黏弹塑性数值模拟,预测得到的变形与实测变形相比非常一致。沥青混合料的蠕变应变随着时间的增长而增大,初期增长率大而后期增长率小。在沥青混合料未屈服时,蠕变应变就是沥青混合料的永久应变;当沥青混合料发生屈服,产生了不随时间变化的塑性应变,此时蠕变应变加上塑性应变即为沥青混合料的永久应变。结果表明线性Drucker-Prager蠕变模型可以预测重复荷载作用下沥青混合料的变形,可用于移动荷载下沥青混凝土路面结构的力学响应分析。     

三轴重复荷载作用下沥青混凝土永久变形性能研究

利用CRT NU-14气动伺服材料试验仪对AC-13、AC-16及AC-20等3种沥青混凝土材料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究不同试验温度和不同应力水平下沥青混合料永久变形变化规律;在流变学理论基础上推导了基于修正Burgers模型的重复间歇荷载作用下沥青混合料力学模型,并通过数据非线性拟合建立了不同温度条件下的材料永久变形与荷载作用次数以及温度的预估公式。研究结果表明：三轴重复荷载试验环境中,材料永久变形呈现明显三阶段变化规律;偏应力水平及温度升高均会导致材料变形发展速率的增大;高温短时间与低温长时间的永久变形等效性证明了三轴动态重复加载试验作为评价沥青混合料高温流动变形特性的试验方法是合适的;＂永久变形-作用次数-应力＂三维曲面具有较好的精度,能直观全面反映沥青混凝土材料高温变形特性。     

重载作用下沥青混凝土路面永久变形有限元分析

针对水泥稳定碎石基层、沥青稳定碎石上基层水泥稳定碎石基层以及级配碎石基层等多种沥青混凝土路面结构类型,利用ANSYS有限元软件构建1/4圆柱体沥青混凝土路面结构有限元模型,提出在接地压力、荷载作用半径以及不同温度(即5℃、20℃、30℃时)路面面层弹性模量变化的条件下,计算分析沥青混凝土路面竖向永久变形.研究路面结构设计参数对路面永久变形的影响,力求更加准确地模拟在重载作用下沥青混合料的永久变形,为沥青混凝土路面的车辙研究和永久病害的防治提供借鉴.     

空隙率对沥青混凝土性能影响的模型研究

采用北卡罗来纳州常用的两种沥青混合料,通过轴向压力复数模量试验、间接拉伸疲劳试验和三轴重复荷载永久变形试验,将空隙率作为影响参数,确立了沥青混凝土的空隙率与动态模量、疲劳寿命以及永久变形之间的函数关系力学模型。     

高速公路高模量沥青路面设计研究

高模量沥青路面是长寿命沥青路面的形式之一,但目前国内应用规模较小,在结构与材料设计方面缺乏数据支撑。文中依托雄安新区津石高速公路永久路面试验路建设,采用法国路面结构计算软件ALIZE对半刚性基层与柔性基层高模量沥青路面结构进行计算分析,并全面评价高模量沥青混合料的路用及力学性能。结果表明,半刚性基层和柔性基层高模量沥青路面均适用于重载交通;低标号沥青高模量沥青混合料是一种适用于永久路面的高性能沥青混合料,其60℃动稳定度不低于5 000次/mm,-10℃低温弯曲破坏应变不低于2 000×10^-6,单轴压缩动态模量较目前常用类型沥青混合料提高60%以上。     

高模量沥青混凝土力学性能试验研究

从高模量沥青混凝土材料组成设计入手,通过沥青混凝土力学性能试验,分析低标号沥青、外掺剂用量对高模量沥青混凝土力学性能的影响规律。试验研究结果显示:低标号沥青可提高沥青混凝土的力学强度;沥青混凝土的回弹模量、劈裂强度和动态抗压模量随外掺剂用量的增加呈增加趋势,当外掺剂用量增加至混合料用量的0.7 %时,沥青混凝土的回弹模量增加幅度平均可达到50 %左右;添加外掺剂的沥青混凝土,其累积变形在一定程度上有所降低。     

高模量沥青混凝土在公路养护工程中的应用研究

高模量沥青混凝可以有效降低车辆荷载引起的沥青混凝土塑性变形，具有较好的高温抗车辙能力，在我国高等级公路和城市交叉口路段得到越来越多地应用。通过对北京六环快速路大修工程中高模量沥青混凝土应用技术的分析。指出高模量混合料的级配可遵循我国常用的AC型沥青混合料级配，并通过添加高模量添加剂的方式制备高模量沥青混凝土。PRM高模量沥青混凝土的室内性能测试结果表明，掺加0．7％PRM添加剂的高模量沥青混凝土高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性等路用性能指标均能满足规范的要求，特别是其高温稳定性得到大幅提高。工程试验路的检测结果也得出了相同的结论，表明掺加PRM添加剂的高模量沥青混凝土能够适应当前道路交通的需求，具有良好的应用前景。     

陶瓷热阻式沥青路面温度场仿真研究

将陶瓷粉末等体积替代SMA-13的细集料(替代率分别为10%,20%,30%,40%,50%)制备陶瓷粉末沥青混凝土,研究陶瓷沥青混凝土的热物性参数;建立基于热传导理论的沥青路面温度场模型,模拟不同陶瓷粉末掺量的沥青混凝土在运营阶段的路面温度变化,以及摊铺施工阶段路面温度散失情况。建立车辙分析模型,模拟陶瓷沥青混凝土在温度和荷载耦合作用下的永久变形。结果表明,陶瓷粉末沥青混凝土的导热系数降低;与SMA-13沥青混合料相比,掺量为50%的陶瓷沥青混合料1在运营阶段路表4cm深度处的最高温度降低了4.42℃;2在施工阶段根据温度热散失得到的有效压实时间增加24min;3其永久变形为1.12cm,比无隔热层路面减少56%。     

高掺量胶粉/SBS复合改性沥青混合料永久变形预估模型

选用HDPE和TOR两种改性剂制备胶粉掺量20%和25%的胶粉/SBS改性沥青混合料,并与SBS改性沥青混合料对比分析技术性能。通过三轴重复荷载动态蠕变试验,研究3种胶粉/SBS改性沥青混合料的永久变形规律;基于修正Burgers模型构建重复荷载作用下胶粉/SBS改性沥青混合料永久变形预估模型。研究结果表明：高掺量胶粉/SBS改性沥青混合料的制备是可行的,其路用性能满足规范要求;不同胶粉掺量的胶粉/SBS改性沥青混合料具有基本一致的永久变形规律。胶粉的掺入有利于提高沥青混合料抗永久变形性能,但胶粉掺量过大,容易增大沥青的黏度,不利于施工;胶粉/SBS改性沥青混合料永久变形预估模型,拟合效果良好,相关性系数均大于0.98。构建全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估模型,为胶粉/SBS改性沥青混合料永久变形预估模型的应用提供思路。