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。     

高温条件下上坡路段沥青路面结构性能研究

结合京珠高速公路某路段的现场路面温度实测结果,运用三维有限元方法,重点分析了不同道路纵坡、不同应力场情况下,上坡路段路面结构在水平和竖向荷载综合作用时,其最大拉应力、最大剪应力和最大路表弯沉的变化规律。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受应力有较大影响,且只在距路表2 cm深度范围内存在拉应力;高温温度场的存在虽然不会明显加大上坡路面结构各层的拉应力和剪应力,但会使路表弯沉明显增大,容易导致车辙破坏。对京珠高速公路某路段车辙病害展开现场调查,调查发现该路段严重的车辙变形60%是由中面层产生,其余40%是由上面层和下面层产生,即车辙大多来源于中面层。最后,提出了上坡路段沥青路面结构设计建议,还据此进行面层混合料设计,且铺筑了试验路。所设计的沥青路面车辙发展缓慢,能适应炎热环境温度下长大纵坡的道路交通。     

长大纵坡路面路用性能评定标准研究

为了分析长大纵坡沥青路面路用性能不同于常规路面的特点,通过全厚式车辙板试验及对其动稳定度指标的讨论、层间直剪试验分析层间容许剪应力、复合式小梁进行小梁弯曲试验对路面抗弯拉强度以及破坏指标进行分析,提出了以动稳定度评价高温稳定性,以路面层间容许剪应力评价抗剪性能,以破坏应变控制低温抗裂性能的具体指标。可做为设计与施工的指导。     

高等级沥青混凝土路面抗剪性能影响因素研究

运用多层弹性体系理论,以 GAMES 软件为力学分析工具,考虑路面结构层厚度、基面层模量及层间状态等因素,分析沥青路面抗剪性能的变化规律。结果表明：沥青路面剪应力峰值受面层厚度和基层厚度影响不明显,通过增加面层厚度和基层厚度提高路面抗剪性能加重了经济成本,收效甚微;面层内剪应力峰值随基层模量增加而减小,但变化不明显,说明增加基层模量对沥青路面抗剪性能的提高作用不大;上面层与中面层模量比越大,上面层内剪应力峰值越大,且这种影响较为明显;在层间粘结减弱的过程中,面层内最大剪应力峰值随之减小。     

RA抗车辙剂在长大纵坡中的应用研究

针对山区高速公路长大纵坡车辙病害的情况,本文结合奉云高速中面层SBS改性沥青混凝土路面方案变更为RA沥青混凝土路面方案实体工程,从材料组成、微观结构及设置中面层抗车辙层等方面对RA抗车辙剂作用机理进行解释;通过马歇尔、车辙、冻融劈裂等试验对比分析,对RA抗车辙剂沥青混合料的路用性能进行了研究,试验结果及工程应用的成功案例表明RA抗车辙剂在长大纵坡中的应用合理、可行。     

乳化沥青冷再生基层沥青路面病害特征及成因

为分析乳化沥青冷再生基层沥青路面病害特征及成因,文中结合九景高速公路冷再生基层沥青路面的实际,通过现场走访调查和钻心取样分析其病害特征,并结合理论计算分析了冷再生层结构与材料性能对路面力学结构的影响。结果表明:九景高速公路沥青路面病害主要表现形式为车辙、纵缝,并有少量的横缝,车辙与纵缝的产生与冷再生基层强度不足有密切关系;随着再生层模量的减小,下面层和再生层间的层间最大拉应力会急剧增长,易引起层间出现裂缝,且当下面层与再生层模量比小于1.8时,路面不会出现拉应力;最大剪应力出现在距路表6~7cm处,且再生层模量越小,路面产生的最大剪应力越大,容易导致路面出现车辙。     

层间结合条件对半刚性基层沥青路面路用性能的影响研究

为分析半刚性基层沥青路面基-面层间结合条件对路面结构受力性能的影响,采用Abaqus有限元软件分析了层间完全连续和摩擦接触时路表弯沉、结构层各向水平拉应力、剪应力等的分布规律,通过正交车辙试验研究了不同层间结合条件对路面路用性能的影响。研究结果表明:层间接触不良易诱发路面结构的竖向变形、裂缝、车辙等病害;路面结构设计时,合理设计基层强度、选择级配较好的下封层可以有效改善层间的接触条件,提高路面的使用性能。     

高速公路长大纵坡路段抗车辙技术分析

沥青路面的车辙变形主要是由于沥青混合料在高温荷载作用下的变形引起的,山区长上坡路段高速公路沥青路面车辙是在交通荷载长时间作用、高温和重载的综合作用下产生的。通过对贵州地区高速公路路面车辙病害问题的调查,分析了高速公路长大纵坡路段车辙病害产生的原因,对长大纵坡路段车辙病害形成机理和解决措施进行了研究。研究结果表明,重载交通、坡度、低速行驶是导致高速公路长大纵坡路段车辙病害产生的主要原因,对于山区高速公路长上坡路段的路面结构设计需要从车道设计、沥青混合料设计、路面结构组合设计等方面进行单独设计,从而提高沥青路面结构的抗车辙能力,延长路面的使用寿命。     

隧道复合式路面层间剪应力分析及面层厚度设计

针对隧道复合式路面沥青面层厚度设计中存在的问题,以层间剪应力为控制指标,引入层间剪切弹性柔量,利用Bisar3.0软件,分析部分连续结合状态、连续状态下的层间剪应力和5种不同面层厚度下的层间最大剪应力;考虑复合式路面温度场和层间剪应力的差别,分别对隧道进出口和中部面层厚度进行设计。结果表明,部分连续结合状态下,水平纵向剪应力和最大剪应力都较小,但不能依据层间结合状态来减小剪应力,考虑到新建工程结合状态良好,宜采用连续结合状态分析层间剪切力;随着沥青面层厚度的增加,最大剪应力逐渐降低;设计中隧道中部沥青面层厚度可比进出口处小2cm左右。     

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%。     

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。     

沥青路面在不同层间状态下的受力特征及施工质量优化

针对我国目前在沥青路面设计中论假设沥青路面各结构层之间为完全连续、各向同性的弹性结构与路面的实际情况不符的问题,建立了剪切弹簧模型,并通过定义滑移系数来分析研究不同层间接触状态下对路面力学的影响。研究发现:在层间结合状态由完全结合向完全自由变化过程中,层内拉应力不断变大;当结合状态为完全自由时,下面层层底拉应力最大为0.2921MPa;层内剪应力也不断增大,最大达到226.1k Pa;路面弯沉也不断变大,当层间接触为完全自由达到最大56.32。随着基层模量的增大,相应的层底拉应力不断减小,并从基层模量为1800MPa开始趋于缓和;沥青层内剪应力不断变大,层间结合状态为完全自由时最大达到0.2347MPa;竖向压应力也随之不断变大,层间接触状态为完全连续切基层模量为2200MPa时最大,为0.6712MPa。沥青路面施工时,应严格按照规范对沥青路面的粘结层进行施工,提高沥青路面的层间抗剪强度。     

普通干线公路半刚性基层沥青路面破坏机理及控制措施

为了研究干线公路沥青路面破坏机理,提高干线公路耐久性,通过对湖南省多条普通干线公路现场调研与路面钻芯分析,对沥青路面半刚性基层产生的断桩、裂缝等病害产生机理进行了研究。选取干线公路重交通等级沥青路面典型结构,建立路面结构分析模型,借助BISAR有限元软件分析在标准轴载和超载30%两种情况下路面的受力状态,同时考虑水平力对应力分布的影响。研究结果表明:垂直荷载越大,剪应力水平越高,车辆超载不影响最大剪应力出现的位置;对比3种基-面层层间结合状态下路面应力应变,发现基面层间一般处于连续或半连续状态,不会出现界面完全光滑状态。计算结果显示:沥青面层小于10 cm的薄层路面结构,高剪应力区位于半刚性基层上,半刚性基层抗剪强度低于承受的剪应力从而引起基层断裂破坏,随着基层强度急剧下降,逐渐产生裂缝、车辙等病害。根据路面病害层位,拟定3种路面结构,分别改变沥青面层和基层厚度,计算不同结构层受力状态,进一步提出普通干线公路路面结构改进措施:重载作用下沥青面层厚度至少提高到12 cm,半刚性基层厚度达到35 cm以上,同时施工过程中做好基面层层间黏结,半刚性基层养生期间严格控制车辆通行,从而达到提高路面疲劳寿命的目的。     

基于层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响分析

为了研究层间不利状态对长大陡坡路面结构层性能影响,通过滑动模型分析面层、基层与底基层层间不利状态,在层间不同接触状态下对路面应力和弯沉的变化,并结合室内试验评价黏结层力学性能和抗反射裂缝能力,最后通过试验段对长大陡坡路面层间黏结材料进行跟踪观测。研究表明:面层和基层为部分连续或完全滑动状态下,层间的剪应力发生了突变。面层厚度越薄,路基和路面最大剪应力越大。跟踪试验段观测表明:长大陡坡路段应力吸收层能够很好地抗反射裂缝,延长半刚性基层路面使用寿命。     

高速公路上坡路段半刚性沥青路面的三维有限元分析

运用三维有限元方法,分析了不同道路纵坡下路面结构层层底最大拉应力、层底最大剪应力和土基最大压应变的变化规律,以及上坡路段在不同超载率、路面摩擦系数和温度状况下各主要路面结构力学指标的变化情况,并提出了相应的防治对策。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受拉力有影响,更易使面层产生开裂;各面层都是剪应力作用的主要集中区域;超载率、路面摩擦系数和温度对上坡路面结构受力都存在不同程度的影响,汽车超载的影响最大。因此,应尽量提高沥青混合料面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制上坡车辆超载。     

沥青路面抗车辙性能影响因素研究

沥青路面是中国高等级公路的主要路面类型,车辙病害是沥青路面的主要病害之一。为分析沥青路面车辙影响因素及其程度,该文针对不同沥青混合料类型、不同路面构造类型进行了室内车辙试验,影响因素包括结合料类型、集料级配类型、最大粒径、上下面层混合料类型等。试验结果表明:沥青针入度、集料级配、沥青混合料物理性能对沥青混合料抗高温稳定性的影响比较接近,防治沥青路面车辙需要从沥青材料、矿料级配和沥青混合料施工质量等方面采取综合处置措施。沥青路面上面层混合料的动稳定度对沥青路面结构整体高温稳定性的影响大于下面层混合料的动稳定度。在沥青路面产生的永久变形(车辙)中,上面层混合料仍具有重要影响,但下面层混合料的影响程度上升。因此,在进行路面抗车辙能力设计时,既要考虑沥青混合料的高温稳定性,又要考虑路面结构组合。     

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.     

重交通荷载下的沥青路面结构力学响应研究

文章针对广西典型沥青路面结构,进行了5个等级的均布荷载作用下的路面结构有限元力学响应计算。结果表明:重载交通条件下,面层是沥青路面结构受力的最不利位置,最大压应力出现在表面;重载将会大幅增加面层及基层的弯拉应力、弯拉应变,上面层和下面层底面弯拉应力不同,上面层为负值,下面层为正值;重载将会导致层间剪应力的大幅增加,面层是剪应力主要集中的区域。所得结论可为重载条件下沥青路面设计指标的提出提供理论依据。     

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。     

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

实际道路中层间接触状态非常复杂,层间接触状态对路面的使用性能有直接影响;并且轮胎与路面的接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布,路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。基于此,采用三维有限元方法,分析在实测轮胎荷载作用下,完全连续、基、面层间光滑两种层间接触状态时,柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明,层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显增大,相应路面车辙和开裂的机率大大增加,因此必须高度重视层间处理工艺。