基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想

为了建立科学的耐久性沥青路面设计新思想,通过力学分析探究了沥青路面近表面的应力分布特征,论证了以路表荷载作用区边缘作为沥青路面破坏源的合理性。针对中国现行沥青路面疲劳设计方法的缺陷,开展了沥青混合料疲劳试验,在考虑加载速度影响的基础上,建立了以真实应力比表征的沥青混合料疲劳方程。结合中国沥青路面各结构层设计寿命相等所诱发的问题以及实际沥青路面结构的破坏特征,提出了各结构层自上而下设计寿命递增的沥青路面结构设计新思想和耐久性沥青路面结构设计新理念。结果表明:沥青面层近表面是其真正的破坏源;基于真实应力比的疲劳方程反映了材料的本质特征;耐久性沥青路面的各结构层应采用疲劳寿命递增的方法进行设计。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

基于层间剪切疲劳等效的沥青路面轴载换算研究

层间剪切疲劳是沥青路面主要破坏形式之一,针对现有的沥青路面设计方法对层间剪切疲劳问题涉及较少,依照沥青路面轴载换算思想,通过选取三种不同沥青路面结构形式,采用BISAR程序计算得出路面结构层间剪应力,回归分析了荷载换算指数,并结合层间剪切疲劳方程,计算得出基于层间剪切疲劳等效的沥青路面轴载换算指数。结果表明:对于相同路面结构,在轴载相同条件下,胎压对层间剪应力影响较小;选取的半刚性基层、柔性基层和混合基层三种沥青路面结构,层间剪应力轴载换算指数比较接近,且大于现行沥青路面弯沉轴载换算指数。     

基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能

疲劳开裂是由交通荷载重复作用而导致破坏累积的过程,是沥青路面结构破坏的一种主要形式.弯曲疲劳发生的典型模式是:水平拉应变造成沥青混凝土层底部的微裂缝,然后经由重复荷载作用致使微裂缝向上发展,最终导致路面破坏.常用的沥青路面疲劳特性的研究方法有现象学法、断裂力学法和耗散能法.为用不同的耗散能统计指标评价混合料的抗疲劳性能,在不同的加载条件和作用环境下进行两点梁弯曲试验,同时研究了混合料的一些特性,包括劲度模量、耗散能、疲劳寿命和愈合效果.     

面向自动驾驶编队的沥青路面结构疲劳寿命预估模型

与传统有人驾驶货车相比，自动驾驶货车编队具有更为紧凑的队列形式与更快的行驶速度，极大提高了道路通行能力与运输效率，但同时也使得车辆荷载作用特点发生了显著变化，从而影响沥青路面的疲劳寿命。针对现行疲劳寿命预估模型在自动驾驶货车编队行驶场景下适用性不足的问题，以编队荷载作用下的沥青路面结构层底应变波形特征为切入点，建立了面向自动驾驶货车编队的柔性基层沥青路面疲劳寿命预估模型。通过分析375种不同编队荷载工况下的沥青层层底应变波形，发现层底最大拉应变随行驶速度、前后车间距、左右车间距的增大而减小，随单列车辆数的减少而减小；针对波形参数的主成分分析结果表明，编队荷载下的应变波形可以用D、β_D-、θ_1sμ、θ_2sμ、ε_n共5个相互独立的特征参数进行表达，且该波形特征参数与编队行驶特性参数之间存在不同程度的相关性；依据等效损伤理论计算标准温度(20℃)下柔性基层沥青路面达到疲劳破坏时的编队荷载作用次数，进而提出了基于应变波形特征的沥青路面结构疲劳寿命预估模型。对比仿真结果与模型计算结果发现自动驾驶货车编队场景下...     

水稳碎石沥青路面基层最小厚度研究

通过对水泥稳定级配碎石材料进行弯拉疲劳试验,得到了水泥稳定级配碎石的疲劳方程;建立不同结构层厚度下的路面结构模型,分析了水稳碎石基层沥青路面在不同标准轴载作用次数下的结构响应,确定了弯沉和结构疲劳寿命分别控制下的水稳碎石基层最小厚度,面层厚度为5、10、15cm时,基层最小厚度分别为32.3、34.2、36.5cm。基层最小厚度结果表明,面层厚度5cm时,基层最小厚度的有效控制指标为结构层疲劳寿命;面层厚度10、15cm时为弯沉。     

基于疲劳寿命的对复合式基层沥青路面再思考

复合式基层沥青路面是一种新型的沥青路面结构型式。选取我国常见的半刚性基层沥青路面作为比照,以壳牌路面设计软件Bisar3.0全面计算两类典型路面的力学响应,据此基于疲劳寿命理论,采用我国现行沥青路面设计方法中推荐的疲劳方程,针对层间完全连续与层间不完全连续两种接触条件,得出两种疲劳指标控制模式下两类路面的相对寿命长短,从理论上进一步提示两类路面的破坏根源。结果表明层间不完全连续使结构受拉区扩大;复合式路面结构的弯拉水平明显低于半刚性路面;当以两种指标控制疲劳寿命时,复合式路面的疲劳寿命均高于半刚性路面;复合式路面的基层寿命高,可将破坏控制在表面,半刚性路面则由于基层寿命低而容易产生结构性损坏。     

冷轧带肋钢筋混凝土受弯构件疲劳性能研究

为推广冷轧带肋钢筋在水泥混凝土路面中的应用,对配有不同配筋率的冷轧带肋钢筋混凝土简支标准梁进行了等幅疲劳荷载试验研究,针对不同的疲劳破坏形式,分析其产生的原因,提出了界限配筋率的概念,并推导了折断破坏与弯拉破坏之间和弯拉破坏与剪压破坏之间的界限配筋率。提出了考虑不同配筋率影响的、可供配筋混凝土路面设计参考的疲劳方程。通过研究发现:受弯构件适当配置冷轧带肋钢筋不仅具有良好的抗裂性能和延性,而且其疲劳寿命也有显著提高。     

水-温-荷载耦合作用下沥青路面疲劳寿命预估

为精准预测沥青路面的疲劳使用寿命,基于累积疲劳损伤理论,提出路面结构内水、温度以及轴载分布耦合作用下沥青混合料疲劳寿命预测方法。通过间接拉伸疲劳试验确定路面结构下面层沥青混合料在冻融和未冻融两种条件下应变疲劳方程。依托十堰—天水高速试验段,计算设计年限内9种不同温度和10种不同轴载(共计90种)条件下设计轴载的作用次数,同时结合路面结构层底拉应变计算程序进行计算,进而得到更加精确的拉应变。基于疲劳累积损伤理论,计算沥青路面经过冻融和未冻融条件下的疲劳累积损伤,进而得到沥青路面在无水和有水影响下的疲劳寿命。研究结果表明:十天高速公路沥青路面在受水影响和不受水影响下疲劳寿命分别为8.56年和12.12年,相较于设计寿命分别降低了19.2%和42.9%,为沥青路面在结构设计中考虑水、温度以及车辆荷载影响因素提供了可靠依据。     

沥青路面面层各结构层疲劳寿命预测分析

为准确预测沥青面层各结构层的疲劳寿命,文中通过现场芯样动态模量试验及落锤式弯沉仪,现场检测获取了长期服役后道路各结构层的模量参数。采用BISAR软件分析沥青路面各结构层在长期服役后的层底拉应变,建立疲劳开裂寿命预测模型,分析比较沥青路面面层各结构层的疲劳寿命。研究表明,①在标准荷载作用下,取芯路段中面层剩余疲劳寿命最大,其次是上面层,下面层疲劳寿命最小;②公路路面技术状况指数PQI与路面剩余疲劳寿命之间不存在明显联系,通过路面表观性能,并不能准确反映路面服役寿命。     

以基层底面弯拉应力为控制指标的沥青路面可靠性分析

对以基层底面弯拉应力为控制指标的沥青路面设计方法进行了可靠性分析，采用蒙特卡洛模拟法，得到路面结构，疲劳寿命，工三者的关系图。研究表明增加面层或基层厚度对提高疲劳寿命可靠度都是很有效的。     

行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤分析

沥青混合料的劲度模量是温度与荷载作用时间的函数,沥青路面疲劳损伤不仅与行车荷载的反复作用有关,而且需要考虑温度因素的影响。文中采用沥青结构层温度场预估模型和疲劳寿命预测方程,结合沥青混合料劲度模量和Miner疲劳损伤累积定律,预估并分析行车荷载与温度综合作用下沥青路面的疲劳损伤,进而对不同的行车荷载与温度组合作用下沥青路面疲劳损伤的结果进行比较。结果表明:温度对沥青结构层的疲劳损伤有较大的影响,随着温度的升高,沥青混合料劲度模量减小,沥青结构层的疲劳损伤增加;行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤比仅考虑行车荷载作用下沥青路面疲劳损伤增加30%~40%;考虑温度作用时,重载车辆对沥青路面疲劳损伤的影响更大。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

山区2级公路路面早期大面积疲劳破坏状况研究

通过对某山区2级公路沥青路面交通量、气象资料、弯沉测定、钻芯试验、路面结构以及排水设施等方面的调查分析,得出该路面出现早期大面积疲劳开裂破坏产生的原因为:超载严重导致基层层底实际拉应力大于设计拉应力而出现疲劳破坏;边沟未设泄水孔、土路肩,致使路基形成封闭水域而导致结构层积水;面层过薄、路面开裂导致雨水下渗并汇聚在面层基...     

沥青混合料拉压疲劳损伤试验

为研究沥青路面结构实际处于拉压应力作用下的疲劳损伤特性,针对沥青混合料AC-13开展了连续式交变正弦波形加载的小梁拉压疲劳试验。依据损伤力学基本理论,采用唯象学方法分析了沥青混合料的拉压疲劳损伤特性。介绍了拉压疲劳试验方法及影响因素,根据疲劳试验结果得到了拉压疲劳方程;基于弹性模量定义的损伤变量,建立了拉压疲劳损伤模型,拟合疲劳试验结果确定了损伤参数,获得了考虑应力水平的拉压疲劳损伤演化方程。研究结果表明:疲劳损伤参数α、β随应力水平增大而增大,且近似呈线性关系;拉压疲劳损伤演化大致呈3阶段变化规律,即损伤萌生、损伤稳定增长和损伤失稳破坏阶段;应力水平越大的损伤演化曲线越靠下,随寿命比变化疲劳损伤演化速度越缓和。     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

多孔混凝土基层疲劳特性及其轴载换算公式研究

多孔混凝土作为水泥混凝土路面或沥青路面基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计中需考虑其疲劳性能。文章在室内多孔混凝土室内小梁弯拉疲劳试验的基础上,通过分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程。根据得出的疲劳方程提出了多孔混凝土作为水泥混凝土路面基层进行路面结构设计的轴载换算公式。     

定侧压混凝土双轴拉-压疲劳累积损伤试验研究

在对有限预应力混凝土桥梁结构进行损伤分析与剩余寿命估算时,为了解混凝土在双轴波动拉-压应力作用下的疲劳强度和损伤特性,通过室内小尺寸的变截面棱柱体试件的双轴疲劳试验,得到了定侧压下混凝土等幅和变幅重复荷载作用下的轴心拉-压疲劳方程和疲劳变形特性。由等幅疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了相应的损伤演化方程;依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳损伤模型。研究表明:极限疲劳割线模量衰减率可作为混凝土发生拉-压疲劳破坏的标志;用规范化的疲劳变形模量定义损伤变量,建立的损伤累积模型,用于疲劳损伤分析和剩余寿命预测时具有较高的精度。     

基于疲劳损伤的沥青路面设计温度及预估模型研究

针对沥青路面结构必须控制的疲劳破坏形式,以沥青层层底拉应变作为控制沥青路面疲劳开裂的指标。通过实测沥青面层层底最大拉应变与路面结构不同深度处路面温度的相关性分析,确定了沥青路面疲劳损伤的设计温度,提出了以沥青层中间温度作为沥青路面疲劳开裂分析的设计温度和试验条件。通过实测永久性沥青路面试验路每小时的路面温度和气象数据,分析了沥青层中间温度的分布规律,对沥青层中间温度与气温、路面深度之间的相关关系进行了计算分析,建立了沥青层中间温度的预估模型。结果表明,沥青路面应变响应与温度密切相关,随着路面温度的升高,沥青层底拉应变增大;沥青层中间深度处温度与沥青层底拉应变相关性最高,采用沥青层中间深度处温度能较好地评价路面结构的抗疲劳性能。     

超重交通荷载作用下沥青路面的应力分析

以高速公路典型结构为例，分析了不同比例、不同程度的超重交通荷载对路面结构的影响。分别从路表弯沉、整体性材料层底拉应力及疲劳寿命、路表车辙等方面说明超重载交通对路面结构破坏性较强，是引起路面早期损坏的重要原因。