沥青混合料黏弹性数值转换与路面结构力学响应计算

为对比分析沥青混合料的弹性和黏弹性路面结构模型的不同力学响应特性,分别建立弹性和黏弹性两种三维有限元模型,计算结果表明:黏弹性模型中沥青层底拉应变随车速的增加而减小,在较低车速范围内沥青层底拉应变随车速的增加减小速率大,当车速超过80 km/h时,沥青层底横向拉应变减小速率迅速变小。弹性模型中沥青层底拉应变随车速变化规律不明显,不能反映车速对沥青层内力的影响。     

半刚性路边反射裂缝的应力吸收复合夹层防治技术研究

通过对半刚性基层沥青路面反射裂缝的成因分析,提出采用内部应力吸收复合夹层(inter-layer stress absorbing composite,ISAC)进行反射裂缝的工程防治。轮碾反复荷载作用下的裂缝反射模拟试验表明,与单一夹层相比,采用ISAC防裂夹层大大提高了试件的抗裂寿命。试验路测试结果表明,采用聚酯玻纤布和玻纤格栅作为上层应变吸收层的ISAC复合夹层都具有较好的防裂效果,且玻纤格栅ISAC复合夹层的防裂效果优于聚酯玻纤布ISAC复合夹层。室内试验与实测数据均表明,ISAC防裂夹层具有良好的应力应变综合吸收能力,是半刚性基层沥青路面反射裂缝的良好防治技术。     

移动荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应分析

基于弹性层体系理论,使用有限元计算软件ANSYS10．0计算了移动荷载作用下半刚性基层沥青路面的动力响应,分析了半刚性基层沥青路面在不同车速车辆动荷载作用下设计指标——路表弯沉、基层底弯拉应力、底基层底弯拉应力、路基土顶面压应变的变化规律,得出了相关的结论。     

随机荷载作用下沥青路面应力应变分析

应用有限元软件ABAQUS建立轮胎/路面结构模型,研究轮胎与路面的接触印迹及随机荷载下沥青路面三维结构应力、应变变化特征。结果表明:沥青路面竖向、横向、纵向应力应变随荷载的非线性增加而非线性增加,随路面深度增加应力应变逐渐减小,在沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中现象。在荷载作用分析点,竖向、横向及纵向应力最大应力值出现在上面层,竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向和横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,纵向方向反复的拉压变形,可能是导致路面轮迹带材料产生疲劳损坏的原因。沥青路面结构应力应变受温度变化、荷载等多种因素影响,残余应变恢复时间延迟体现沥青材料的黏弹性特征。     

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。     

土工格室加筋黄土的三轴剪切性能

为了研究土工格室加筋黄土的剪切性能,采用微型土工格室对不同加筋方式的格室加筋黄土及重塑黄土进行三轴剪切试验,得出加筋黄土及重塑黄土的应力-应变曲线及其抗剪强度指标,研究了加筋黄土和重塑黄土的应力-应变特性,分析了不同加筋方式下的加筋效果并讨论了不同土工格室层数加筋的加固机理。试验结果表明:重塑黄土和土工格栅加筋黄土的应力-应变曲线表现为弱硬化型,而土工格室加筋黄土的应力-应变曲线表现出明显的强硬化特性,4层土工格室加筋黄土的加筋效果最佳,2层土工格室加筋黄土在低围压、较大应变情况下,土工格室的加筋效果可以得到更好的发挥;重塑黄土和土工格栅加筋黄土的应力-应变曲线基本呈双曲线,用邓肯-张模型对其拟合效果很好,土工格室加筋黄土的应力-应变曲线用幂函数式对其逼近效果较好;土工格室加筋显著提高土体的摩擦角和黏聚力,2层土工格室加筋黄土的摩擦角和黏聚力相对重塑黄土分别提高38%和50%,4层土工格室加筋黄土的摩擦角和黏聚力相对重塑黄土分别提高63%和120%,均比土工格栅加筋黄土的高;土工格室的加筋效果优于土工格栅等平面筋材,且格室层数的增加能进一步提高黄土的剪切性能,其原因主要是土工格室"强化带"和"间接影响带"的存在,层数越多,"强化带"和"间接影响带"厚度越大,加筋黄土的抗剪强度会得到进一步提高。试验结果可为实际工程中设计参数的选取提供理论依据。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

沥青路面蠕变响应现场预估方法与试验

为了揭示在役沥青路面结构的黏弹特性,给基于黏弹性本构的沥青路面设计提供参考,针对现有沥青路面应变测试仍然基于弹性假设的现状,依据三维线黏弹本构理论,通过现场埋设应变和温度传感器,开展不同温度与轴载作用下的沥青路面静载蠕变试验。基于实测应变变化规律对现有表征沥青混合料黏弹性本构模型的适用性进行了判别,并分析温度、偏应力等外部影响因素对沥青层黏弹性参数的影响规律,由此建立沥青路面应变随外部因素变化的预估模型。结果表明:实测蠕变历时曲线呈现的黏弹特性很好地符合Burgers模型,拟合判定系数超过0.98;Burgers模型的4个参数(G_1,G_2,η_1及η_2)均随温度的提高而减小,随偏应力的增加而增大,与偏应力、温度分别呈良好的线性和指数函数关系,拟合相关系数均大于0.84,其中黏性参数η_1和η_2受温度和偏应力的影响显著;按应变预估模型计算得到的应变与同等工况下的实测应变历时曲线规律吻合,应变值的相对误差在10%以内,表明建立的基于三维黏弹本构关系的沥青面层应变预估方法合理、可行。     

车辆荷载作用下桩承式加筋路基的动力特性分析

以车辆荷载作用下桩承式加筋路基为研究对象,引入黏弹性人工边界,建立了三维车辆-路基整体有限元分析模型,分析了车辆动荷载作用下桩承式加筋路基的动力响应特性。结果表明:加筋体的存在可有效减小车辆荷载作用下路基的动力响应,随加筋体层数及其弹性模量的增加,路基的动力响应减小更为显著;随着车辆荷载频率的增加,路基路面沉降及内部应力增大;路基竖向位移随桩间距的增加而增加,桩的模量对路基的动力响应也有一定的影响。     

车辆多轮动载作用下柔性路面动应力响应

为研究重型车辆多轮动荷载产生的柔性沥青路面应力特性,建立考虑黏弹性的柔性沥青路面三维有限元模型,分析重型车辆多轮随机动荷载和移动恒动荷载作用下柔性沥青路面动态应力响应。结果表明:在路面的确定位置,2种动荷载作用下沥青各层的各向应力变化规律基本一致,而每个车轮通过时各向应力变化规律不同,沥青下面层Sup25底面纵向和横向应力呈现拉应力状态,且大于沥青各层上面的各向拉、压应力;在车辆行驶区域,沥青层各点的各向拉应力和压应力最大值出现的位置及大小均不相同,随机动荷载作用下各点的各向拉应力和压应力最大值的变化幅度较大,分别大于和小于移动恒动荷载作用下各点的各向拉应力和压应力最大值;沥青层各层在随机动荷载作用下各向最大拉应力和最大压应力相对移动恒动荷载作用下各向最大拉应力和最大压应力分别增加1.63%~20.14%和2.13%~28.93%;在研究柔性沥青路面动态响应时,必须考虑路面不平度引起的车辆多轮动荷载及其随机变化的影响。     

应力吸收层防治沥青加铺层反射裂缝的力学分析

SAMI应力吸收层是一种新型的防治沥青加铺层反射裂缝材料。为了验证其防反性能,将SAMI与土工布、玻纤格栅等土工材料应力吸收夹层进行对比,分别分析在旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间设置应力吸收夹层以及SAMI时沥青加铺层的力学响应,路面荷载采用实测轮胎接地荷载。对SAMI的合理的厚度与模量范围提出建议,分析结果表明,SAMI应力吸收层防反效果明显优于土工布、土工格栅等土工材料应力吸收夹层。     

饱水OGFC沥青路面力学分析

基于弹性多孔介质理论,利用Abaqus软件建立了饱水OGFC沥青路面的轴对称有限元模型,分析了在水荷载耦合作用下,上面层OGFC不同动态压缩模量对应力、应变和孔隙水压力影响的变化规律;研究了不同车速和渗透系数情况下孔隙水压力的时程变化曲线。结果表明:随着OGFC动态压缩模量的增大,沥青面层的水平应力呈下降趋势,中面层底部的水平应力受影响最大,上面层底部次之,下面层底部最小;随着OGFC动态压缩模量的增加,特征点A最大水平应变不断减小,特征点B、C随上面层动态压缩模量的增大,最大水平应变影响不大;面层结构内的孔隙水压力在水和车载耦合作用下呈现明显的正负逆转现象,且与车速有关,车速越大,孔隙水压力越大;OGFC动态压缩模量和上面层渗透系数的增大均可降低上面层孔隙水压力。     

基于美国足尺路面经验的沥青路面传感器布设方案研究

沥青路面由于长期暴露于自然环境中,在动载、水、温度等多因素作用下易产生早期破坏。通过在试验路结构内合理埋设应力、应变、温度和湿度传感器能实时反映实际路面性能,对预防路面早期破坏、提高路面使用性能具有极其重要的意义。该文基于美国足尺路面的埋设经验,依托鹤大高速公路的长寿命沥青路面结构,研究了传感器的布置方案,以获取沥青路面的各种动态力学响应量,评价沥青路面性能。     

基于非线性接触的复合路面沥青砂应力吸收层设计研究

为了设计复合路面的高黏弹性沥青砂应力吸收层,文中应用ABAQUS建立含裂缝复合路面有限元模型,并在层间设置黏聚接触和库伦摩擦接触来确定应力吸收层的弹性模量和厚度等参数。首先,对比了面层和基层之间非线性接触和完全连续时的面层层底拉应力,验证了非线性接触的必要性和应力吸收层的抗裂效果。然后,在确定高黏沥青砂配合比的基础上,通过室内试验得到沥青砂材料在温度和荷载作用下的最不利拉伸、剪切强度。最后,通过力学响应分析了应力吸收层的弹性模量和厚度取值范围,并与试验结果进行了比较,验证了文中设计的高黏弹沥青砂应力吸收层的合理性。     

FWD荷载下沥青路面动力响应的温度影响作用研究

为研究不同温度条件下沥青路面的实际动力响应规律,铺设了3种典型沥青路面试验路,通过落锤式弯沉仪(FWD)开展了温度对路表动态弯沉盆特性的影响作用分析,并通过动态应变传感器获取了不同温度下FWD荷载产生的沥青层底应变响应。研究结果表明:路表动态弯沉盆的各测点弯沉值随径向距离的增加逐渐减小,随荷载水平的增加逐渐增大,随路面温度的增加显著增大;随着温度的提高,路表动态弯沉盆的影响范围显著减小;通过回归分析方法确定沥青层底应变响应的温度修正系数,有助于实现实际温度下的应变响应向标准参照温度的转换。     

温度荷载作用下加筋沥青路面抗裂效果分析

温度荷载是导致半刚性基层沥青路面反射裂缝形成和扩展的主要因素.通过对反射裂缝在温度荷载作用下的参数进行有限元分析,掌握反射裂缝的扩展机理;通过从理论上对加筋沥青路面基层进行分析,并进行加筋沥青路面阻裂效果分析,从而指导工程实践.研究表明,采用加筋技术阻止反射裂缝的措施是非常有效的.     

夹层层位对沥青混凝土路面加铺层的抗开裂性能影响

为探索夹层位置在加筋沥青混凝土加铺层中的抗开裂工作机理,首先分析沥青混凝土加铺层常见开裂形式及其产生机理,然后建立有限元模型,将夹层位置分为5种情况,同时考虑旧路有、无裂缝,研究了夹层位置对夹层上下沥青混凝土加铺层结构荷载内力及温度内力影响的规律.结果表明:在交通荷载作用下,随着格栅位置的上移,格栅之上加铺层的竖向剪应力存在一最小值,在此处对防治TDC开裂最佳,从抗反射裂缝及BUC开裂的角度来看,格栅夹层越靠近加铺层层底越有利;在温度荷载作用下,格栅设于加铺层层底,加铺层层底拉应力、拉应变及竖向剪应力最小,格栅设置与否并不影响格栅之上加铺层的拉应力、拉应变,从抗温度作用下的弯拉反射裂缝及BUC开裂的角度来看,建议将格栅设于加铺层层底.     

重荷载作用下橡胶沥青面层结构的三维非均布动力响应分析

为了掌握重型移动车辆荷载作用后橡胶沥青路面的力学响应,文章首先基于路面平整度车辆振动因素选取了1/4动力学模型作为重载车辆模型;而后,基于路面结构、边界条件、材料参数等条件,建立在非均布移动重荷载作用下,橡胶沥青路面的三维瞬态动力学有限元模型;最后,基于有限元模型给出橡胶沥青路面在移动重型车辆荷载作用下的动力响应时程变化规律和空间分布规律。结果表明,橡胶沥青路面结构的力学响应呈波动性及正负交替变换,横向、竖向的应力应变先迅速增加后减小,荷载离开后留有一定的残存变形,下部应变比上部应变恢复得快;纵向应力始终为负,且在中下面层中,移动车辆荷载出现了微小波动;橡胶沥青路面吸收应力应变的能力比普通沥青路面强。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律，采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径，并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%，表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下，裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈，裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小，因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位； 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显，而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

级配碎石基层沥青路面复合土工格栅最佳层位研究

为优化级配碎石基层沥青路面复合土工格栅结构,基于层状结构体系理论,采用黏弹性模型和Mohr-Coulomb模型表征沥青面层和级配碎石层的特性,通过Abaqus建模分析典型路面结构的应力、土工格栅的抗开裂性能和疲劳寿命,确定和试验路验证了土工格栅的最佳层位。结果表明:土工格栅位于沥青面层与级配碎石层交界面处时,级配碎石层受压,沥青层底的最大拉应力和拉应变最小,且结构疲劳寿命最长。综合考虑级配碎石厚度和模量对沥青层和半刚性基层层底最大拉应力的影响,建议级配碎石的模量≥300 MPa,厚度取15~20cm。研究成果可为复合路面结构提供设计理论依据和施工经验。