行车荷载下半刚性基层沥青路面结构响应及参数分析

文中将车辆荷载分为正向荷载和偏向荷载2种,并利用ABAQUS有限元软件建立基层含裂缝的沥青路面结构,重点对行车荷载下基层反射裂缝受力特性及其对参数敏感性进行分析,得到以下结论:正荷载和偏荷载作用下在路基面层裂缝位置处拉剪应力均发生突变,正荷载作用下基层反射裂缝因受压而不会扩展,而偏荷载是影响基层裂缝扩展的主要因素;正荷载下裂缝尖端的正应力及偏荷载下的裂缝尖端的正剪应力随着面层厚度和面层模量的增加而增大,随着基层模量的增加其应力减小;正偏荷载下的裂缝尖端张开型应力强度因子随面层厚度和面层模量的增加而增大,而随基层模量的增加而减小;偏荷载下的裂缝尖端剪切型应力强度因子随面层厚度和基层模量的增加而减小,随面层模量的增加而缓慢增加。     

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。     

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。     

交通荷载作用下玻纤格栅对反射裂缝扩展的影响

为研究交通荷载作用下玻纤格栅对沥青路面反射裂缝扩展的影响,采用ABAQUS有限元软件建立含有反射裂缝的半刚性基层沥青路面结构二维模型,对裂缝尖端的应力强度因子进行计算分析,比较铺设玻纤格栅前后路面面层内裂缝尖端应力强度因子,并分析反射裂缝扩展速率随裂缝长度和面层模量、厚度等的变化。结果表明,促进反射裂缝发展的最不利荷载方式是偏载;设置玻纤格栅后,裂缝尖端剪切型应力强度因子降低41.7%,玻纤格栅可起到延缓裂缝扩展的作用;反射裂缝的扩展速率随着裂缝长度和面层模量的增大而增大,随着面层厚度的增大而减小。     

沥青路面路基结构组合优化力学数值探析

采用ABAQUS建立了沥青路面结构的三维有限元模型,对典型沥青路面的动力学特征进行了模拟计算,通过分析路面结构动力响应量和结构参数的关系,获得了两者的正负相关性,并提出了改善路面结构受力状态的有效途径。研究结果表明:面层模量一定时,随基层模量的增加,路表弯沉下降,半刚性路面和组合式路面基层层底应力增加;当基层模量一定时,随面层模量的增加,半刚性路面路表弯沉的变化较小,倒桩式路面和组合式路面路表弯沉变化明显,且组合式路面的基层层底应力明显提高;随基层模量增大,半刚性路面收底基层层底应力变化显著,受面层模量影响较小;当面层模量达到2 000 MPa后,基层模量对倒桩式路面底基层层底应力影响可忽略;面层模量较高时,基层模量和面层模量的增加,组合式路面的底基层底应力减小;随基层厚度的增加,路面各力学响应指标逐渐减小,基层厚度大于40 cm时,通过增加基层厚度来改善路面疲劳开裂效果减弱;基层厚度小于20 cm时,底基层的弯拉应力较大,路面基层为主承重层,承担较大的荷载作用,因而可通过提高基层厚度来抑制弯拉破坏,改善基层受力。     

金属网加筋机场薄层沥青道面荷载应力分析

采用三维等参有限元法,分析了简易机场薄层沥青道面各层间完全连续时金属网加筋对荷载应力的影响。结果表明:半刚性基层底面拉应力随金属网的丝径、拉伸模量近似呈线性变化,随丝径和拉伸模量的增加而减小;随金属网的孔径呈曲线变化,随孔径的增大而增大;面层底面受压,应力值变化很小;表面弯沉基本不受影响。     

旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响分析

采用有限元方法,分析了旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响,得到了板底荷载和温度最大耦合应力随加铺层厚度和模量等参数变化的规律。结果表明:旧沥青路面横向裂缝位于加铺水泥混凝土板板中时,板底荷载应力、温度应力及二者耦合应力均为最大,且随加铺水泥混凝土板模量增加而增大,随水泥加铺层厚度的增加而减少。     

基于交变载荷下沥青路面使用寿命研究

运用断裂力学的相关理论,结合有限元方法,建立含表面裂缝的沥青路面结构三维有限元模型,计算了表面裂缝尖端的应力强度因子,通过分析裂缝的疲劳扩展来预测沥青路面的使用寿命。研究结果表明:表面裂纹形成初期,水平荷载对路面表面裂缝扩展影响较大。裂纹扩展阶段,张开型破坏占裂纹扩展的主导作用;增加面层厚度能有效抑制沥青路层裂缝的扩展;面层厚度增加,基层厚度增加,基层模量增大,面层模量降低,沥青路面疲劳寿命增速越大,疲劳寿命越长,但基层模量增加过大,易导致路面干缩开裂。     

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。     

温度循环作用下的沥青路面温度应力有限元数值模拟

利用ANSYS有限元软件中热-结构耦合单元,对沥青路面温度应力进行数值模拟。结果表明:沥青面层厚度对面层层底最大温度应力的影响要大于其对路表温度应力的影响;沥青路面路表和面层底的最大温度应力均随着沥青混合料的温缩系数、沥青面层模量和日温差的增大而增大,但路表的最大温度应力随着这3个参数的变化更加明显;半刚性基层的厚度和模量对沥青路面路表和面层底的最大温度应力的影响均有限。     

汽车动载对沥青路面作用深度的影响研究

基于路面平整度,结合汽车振动模型生成作用于沥青路面的随机荷载,根据弹性层状道路结构与弹性动力学理论建立车路耦合响应模型,通过数值计算分析了汽车动荷载作用下面层参数、基层参数、垫层参数、土基参数等对沥青路面作用深度的影响规律。结果表明:当结构层参数一定时,附加应力与自重应力的比值曲线在0~2 m范围内斜率非常大,但随着深度增加曲线斜率逐渐趋于0;在结构层参数的常规取值范围内,沥青路面作用深度随着面层、基层、垫层参数的增加而减小,随着土基模量的增加而增加,随着距路基顶面距离的增加而减小;与汽车静荷载的作用深度相比,汽车动荷载的作用深度较大。     

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。     

水-应力耦合作用下沥青路面的力学响应

为研究沥青路面水损害的机理,基于弹塑性理论,应用FLAC3D程序进行建模,分析饱和沥青路面在瞬时汽车荷载作用下的力学响应情况。结果表明:将饱和沥青混凝土路面面层厚度作为控制变量时,路面受到的水平应力、竖向应力、剪切应力随瞬时荷载的增大而增大;水平应力最大值主要集中在碎石层与LSPM的交界面处,竖向应力和剪切应力分布在饱和沥青混凝土面层内;变形从沥青路表面到土基层呈线性减小。     

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度应力状况,利用三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。     

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。     

低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面结构力学分析

针对低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面,选择我国当前高速公路和干线公路半刚性基层沥青路面典型结构型式,采用弹性层状体系力学分析软件Bisar3．0分析计算路面结构层底拉应力,并考虑基层厚度和模量、不同面层厚度对其的影响。计算结果表明：增加底基层厚度对于层底拉应力影响较小,底基层厚度增加10cm,基层层底拉应力仅降低0．023MPa;底基层模量对基层层底拉应力有显著影响,其模量越高,基层层底拉应力就越小;面层厚度对基层层底拉应力影响较大,基层层底拉应力随面层厚度的增加逐渐减小,当面层厚度在18～20cm时,水泥稳定层层底拉应力为0．086～0．082MPa。     

水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析

为研究行车水平荷载对沥青路面结构受力的影响,采用三维有限元方法分析计算了不同水平荷载作用时沥青砼路面结构的力学响应规律,分析了半刚性基层厚度和土基模量对水平荷载产生应力的影响。结果表明水平荷载的影响范围主要集中在路面上部6cm以内,路表最大剪应力和最大剪应变随水平荷载增大而显著增大,半刚性基层厚度或土基模量的变化对水平荷载产生的应力影响不大。     

基于高温条件的级配碎石柔性基层结构响应三维有限元数值分析

采用三维有限元对高温条件下的几种以级配碎石为基层的柔性和半柔性基层沥青路面结构进行数值模拟分析,分析表明:级配碎石基层顶面的最大压应力与底基层模量之间呈幂函数关系,级配碎石基层顶面的最大压应力随底基层模量的增加而单调增加;当沥青面层较薄时,级配碎石基层顶面最大压应变与底基层模量之间呈正相关性;当沥青面层较厚时,级配碎石基层顶面最大压应变随底基层模量的增加先减小后增加,存在一个压应变极小值;与底基层模量相比,沥青面层的厚度变化对级配碎石基层顶面最大压应力和压应变的影响大得多。     

动载作用下半刚性沥青路面力学响应分析

为了解决陕西省高速公路沥青路面早期病害严重问题,选取陕西省典型的半刚性基层沥青路面结构,研究在动载作用下不同结构组合的沥青路面的力学响应。利用Ansys有限元分析软件对动荷载作用下的沥青路面进行仿真模拟,并提取数据进行分析,得到以下结论:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力均逐渐减小;随着沥青面层模量的增加,沥青层拉应力逐渐增加,而半刚性基层拉应力逐渐减小;该文建议沥青面层在18~20cm之间取值,半刚性基层厚度取值40cm以上。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。