基于界面力学响应的沥青路面坑槽修补研究

使用数值模拟,基于界面力学响应研究了适宜的沥青路面坑槽修补的方法,得到如下结论:方形修补块在侧面更容易发生界面上的竖向剪断,从而可以认为圆形的修补方式更优;修补深度对底面剪应力有较大的影响,而对侧面拉应力和剪应力影响不大;侧面界面拉应力与剪应力随着修补面尺寸的增加而增大,底面界面剪应力随修补面尺寸增大而减小。侧面倾角的减小使3种应力降低,在倾角60°以下时更明显;随着模量比的增加,各项应力均呈下降趋势。因此在实际坑槽修补时,建议选择圆形补块形状,选择修补面直径为80cm～120cm,补坑底面尽量深,侧面可以根据破损情况处理成斜面,修补材料应选取模量较大者。     

重载交通对混合式基层沥青路面结构力学响应研究

通过运用ABAQUS有限元软件建立混合式基层沥青路面结构三维模型,针对不同轴载作用下的路面结构力学响应展开模拟分析,得出以下结论:随着轴载的增加,混合式基层沥青路面结构的路表弯沉、层底拉应力、层底压应力以及面层最大剪应力均逐渐增大;在轴载作用下,路面结构的路表弯沉、压应力及沥青面层的拉应力沿路面宽度方向呈"W"型对称分布,基层拉应力则呈倒"U"型对称分布;沥青面层的最大剪应力随着路表深度增加呈先增后减变化,而路面结构的压应力则随之逐渐减小。     

基于摩擦特性的沥青路面坑槽补缝处力学行为分析

针对沥青路面坑槽补缝处黏结失效、力学性能退化严重等问题,研究坑槽修补尺寸及修补料与原路面材料的模量比对补缝处力学响应的影响,结合Goodman零厚度单元模型,利用有限元计算修补尺寸和模量比与荷载耦合作用下补缝处的力学指标,探讨补缝处力学指标随接触摩擦系数的变化规律。研究表明:不同接触模型对补缝最大拉应力和最大剪应力计算结果影响较大,不同修补尺寸条件下,纵缝最大拉应力出现在顶部,随着长宽比的增大呈先减小后增大趋势;剪应力在修补尺寸为100cm×100cm×9cm时有最大值,不同模量比时,随着接触状态的恶化,纵缝顶部最大拉应力不断增大,在模量比小于1.0时出现峰值;最大剪应力在纵缝顶部和轮载内边缘表面处较大,当模量比分别为0.5、8.3时出现峰值(0.32MPa左右),修补模量比宜控制在1.0~2.0之间。研究成果可为阐释坑槽修补尺寸和模量比下的路面破损机理提供力学依据。     

机场复合道面转弯区层间力学行为试验研究

层间破坏是机场复合道面转弯区破坏的主要形式,现有研究及规范仅限于复合道面直线区,缺乏转弯区层间力学行为研究及设计建议,而转弯区由于转弯侧推力作用,往往较直线区先破坏,亟待对其层间力学行为进行研究探讨。基于ABAQUS有限元软件,建立复合道面转弯区层间黏结接触应力分析模型,依据转弯区受力情况设计复合道面压剪试验,获得相关层间黏结接触参数及层间剪切强度。利用复合道面层间接触有限元模型,分析对比复合道面转弯区与直线区层间应力变化情况,探究转弯速度、加铺层厚度对其影响规律,得到如下结论:转弯区层间水平应力呈非对称分布且大于直线区层间水平应力,水平应力最大值相差54%;转弯区层间竖向应力呈对称分布,最大值与直线区相同但位置向右偏移;随转弯速度的增大,层间水平应力最值增大,不对称性增强,转弯速度从5 kN变化到15 kN时,外侧、内侧机轮最大水平应力分别增加38.33%和15.52%,层间竖向应力最大值几乎不受速度影响;加铺层越厚层间水平应力最大值越小,内外侧轮的水平应力最大值差值越小,加铺层厚度从10 cm增加至20 cm时,最大水平应力减少33%;层间水平应力随道面深度增加而衰减,10 cm深度处已经基本稳定,因此建议机场复合道面转弯区加铺层设计厚度应大于10 cm,层间设计容许剪应力取0.94 MPa。     

多次加铺的复合道面疲劳寿命分析

为解决多次加铺的复合道面加铺层使用寿命远低于设计值的问题,利用ABAQUS建立了多次加铺和一次加铺至相同厚度的复合道面三维有限元模型,分析了两种道面模型的力学响应,得出结论:新旧道面的层间状态对剪切力和拉应变的影响较大,将新旧加铺层简化为同等厚度的沥青道面的计算结果将偏小,将会导致设计偏于不安全。根据多次加铺的复合道面层间最大剪应力沿道路深度的分布点位和变化趋势可知:加铺沥青层后,原道面层间剪应力减小,但无论加铺几次,面层剪应力均最大;随着加铺次数的增加,沥青道面层间最大剪应力逐渐增大,并且在层间接触处出现突变,突变值随加铺次数的增大而增大。这说明加铺沥青层并没有改善道面表层的受力状态,相反,随着加铺次数增加,层间结合状态和复合荷载作用等的影响增大,反而会导致表层应力增大,最终加剧表层损伤。     

移动荷载下沥青路面结构力学响应分析

为真实反映路面结构在实际行车荷载下的受力情况,基于ANSYS有限元软件建立移动荷载下的沥青路面结构的有限元模型,并进行模态分析;研究移动荷载波对沥青路面结构力学指标的影响,以及阻尼比、车速和轴载参数的变化对各力学控制指标的影响。结果表明:在相同车速下,轴载每超载10%,沥青层剪应力和基层拉应力在100kPa以上的时间将分别增加30%和8.33%;当阻尼比达到1.0时,沥青层剪应力、面层与基层层间剪应力以及中面层层顶压应变均较大。     

广东地区交通轴载状况调查及其对路面车辙的影响分析

重载或超载作用是影响沥青混凝土路面车辙的关键因素之一.通过对广东省5条具代表性高速公路的货车轴载调查,得出了该地区不同轴载类型的轴载谱及轮胎接地压强谱.结合调查结果,针对广东沥青混凝土路面车辙病害形式,对重载作用下沥青混凝土面层结构内不同位置、不同深度处的剪应力和压应力进行了理论计算分析,探讨了超载对沥青混凝土路面结构...     

重载条件下沥青路面结构力学响应分析

分析淮海经济区典型沥青路面结构在重载交通条件下的力学响应,为该地区合理设计路面结构提供参考。设定5个荷载等级,采用ABAQUS软件计算2种典型结构的弯沉、压应力、层底拉应力和剪应力,并分析其分布特性及随轴载的变化规律。结果表明:路表弯沉、压应力在Y向呈W型分布,峰值位于当量圆圆心处;沥青面层各层层底均受压,Y向呈W型分布,峰值出现在当量圆圆心,基层和底基层均受拉,Y向呈倒U型分布,峰值出现在轮隙中心;距路表0~2 cm深度处,剪应力在轮边缘有应力集中现象,峰值出现在轮边缘,距路表7~15 cm深度处,剪应力应力集中现象不太明显,最大剪应力分布在当量圆圆心附近;随着轴载的增加,路面结构力学响应均随之增加。     

不同坑槽修补法界面黏结力学性能的试验研究

为了解沥青路面坑槽修补界面的黏结性能,本文采用热料冷补法和微波就地加热修补法两种方法,对沥青混合料坑槽修补界面进行了拉拔试验和剪切试验研究,并将坑槽修补界面间的应力作为评价指标,试验结果表明:微波就地加热修补法的坑槽接缝处黏结力比热料冷补法提高50%左右。     

动态荷载作用下橡胶沥青应力吸收层的力学性能

利用ANSYS有限元软件对广西典型沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加动态荷载,研究橡胶沥青应力吸收层结构设计参数的变化对力学指标的影响,以及不同层间接触状态、轴载及车速下路面结构的力学指标变化规律。结果表明:当橡胶沥青应力吸收层厚度在1~5cm之间变化时,厚度每增加2cm,沥青面层层底拉应力增加8.45%,半刚性基层层底拉应力减小6.07%;橡胶沥青应力吸收层动态模量每增加1 000 MPa,面层最大剪应力和层间最大剪应力分别减小6.69%和6.76%。     

多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性

为分析多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性,通过现场调查建立了不同轴型作用下沥青路面的三维有限元模型,分别研究了单后轴、双后轴及三后轴轴载均匀分布、三后轴车轴载不均匀分布及三后轴车前轴悬空条件下对路面的影响。结果表明:多轴车轴距大于3 m时,各轴对路面的作用相互独立,轴数的增加对路面竖向位移产生叠加作用,对路表最大剪应力及压应力影响不明显;三后轴车中轴对路面竖向位移作用最大,较前轴及后轴分别增大23.7%和18.2%,中轴及后轴对路表剪应力有一定影响,而各轴对路表最大压应力基本没有影响。研究结果显示多轴车轴载不均匀分布对路面破坏会产生较大影响。     

修补坑槽的建议

在路面养护工程中,修补后的坑槽再次破坏形成新坑槽的现象比较普遍,坑槽修补后再次形成坑槽的特点为:①多数始于边角,四角占的比例较大;②原坑槽处的油面较低,雨天积水;③多数是灰土先于油面破坏。坑槽修补后多呈矩形,这种形状虽然挖补时操作简便,但效果欠佳。因为修补坑槽夯实灰土基层时,矩形四角不易夯实,压实度不足,致使强度不匀。这是坑槽修补后再次破坏     

修补模量对沥青混凝土路面坑槽补缝界面力学影响研究

为了研究坑槽修补材料与原路面材料的模量比对补缝界面力学性能的影响,通过Goodman零厚度单元模型,利用ABAQUS软件计算在荷载作用下不同模量比的补缝界面力学指标,分析补缝处力学指标随接触摩擦系数的变化规律。研究表明:补缝界面最大拉应力和最大剪应力计算结果受接触模型类型的影响显著,当摩擦系数μ0.8时,最大拉应力随模量比的增加呈非线性递增趋势;当模量比ζ≤1.0时,纵缝顶部存在最大拉应力峰值,为0.35 MPa;在模量比为0.5的纵缝顶部和模量比为8.3的补块表面存在最大剪应力峰值,为0.32 MPa。研究成果解释了修补材料与原路面材料模量相容性导致坑槽灾变破损机理,以期为修补材料选择和设计提供参考。     

沥青路面裂缝修补结构及受力特征研究

本文根据实际沥青路面裂缝修补的结构形式,建立有限元模型进行模拟,分析荷载作用下3种工况、4种宽度的裂缝修补结构内部的受力状态,包括剪应力、拉应力和压应力的最大值及其分布位置等。结果表明沥青路面裂缝修补结构内部受力破坏的界面位于修补材料与裂缝壁的粘结面,对灌缝材料与裂缝壁间的粘结性能要求高于对材料自身的力学性能要求;竖向荷载对剪应力有较大影响,而水平荷载则影响裂缝内部灌缝材料的拉压应力。建议在进行裂缝修补时可根据交通量特点选择相应性能要求的灌缝材料。     

基于微波加热的沥青路面永久性坑槽修补工艺

鉴于传统的坑槽修补法存在冷接缝、接缝处新旧料粘结薄弱、新料难压实、空隙率偏大易渗水等缺点导致寿命短的现状,提出了基于微波加热的沥青路面永久性坑槽修补法。采用微波加热源,新旧料温度一致,壁面为自然面,接缝可有一定倾角,粘结良好,力学计算表明可改善坑槽的拉剪应力,实现了结构永久性;采用易密实沥青混合料为修补材料,材料参数均匀、无突变,实现了材料永久性;关键施工工艺采用热沥青为粘结料、采用压缝带增强接缝粘结力及防水性能,形成了立体防水体系,实现了防水永久性。结构、材料、防水三大永久性相辅相成,基于微波加热的整套坑槽修补工艺从理论上和实体工程验证上均表明是永久性的坑槽修补法。     

高温重载作用下沥青路面结构力学响应分析

为研究高温重载耦合作用下沥青路面结构力学响应特点,采用ANSYS软件定量分析了高温重载交通对沥青路面路表弯沉和结构应力的影响规律。分析结果表明:1)路面弯沉与轴载呈正线性相关,高温环境中,竖向位移最大值随轴载的增加而增大;2)高温重载作用下,结构应力均有增长,面层拉应力比基层拉应力增幅更明显,但高温对压应力增幅影响不显著,常温中面层剪应力最大;高温超限100%条件下,面层压应力为常温标准轴载的2倍,面层剪应力为标准轴载的2.21倍。     

水平荷载对复合路面沥青加铺层结构的影响

根据实测车轮接地压力简化分布形式,采用ABAQUS有限元软件建立了PCC＋AC复合路面有限元三维分析模型,考虑最不利荷位和水平力系数进行复合路面沥青加铺层力学响应的数值分析。结果表明：与仅考虑垂直荷载的传统分析相比,不同的力学指标对应的最不利荷位不同。考虑水平荷载后各力学响应指标随着水平力系数的增加而快速增大,影响程度从高至低依次是最大拉应力、最大拉应变、接缝两侧的弯沉差、MISES等效应力、最大剪应力;当水平力系数≥0．2时,加铺层中的最大拉应力和拉应变的位置将由层底转到层表（增加“表”字）面,此时加铺层表面比层底更容易产生张拉裂缝。     

典型飞机起落架荷载作用下机场水泥砼道面结构响应分析

采用有限元软件ABAQUS建立机场水泥砼道面结构三维有限元模型,分析单轴双轮、双轴双轮和三轴双轮3种典型飞机起落架荷载作用在不同位置时道面结构响应,结果表明飞机荷载作用下水泥砼道面板底的应力分布及大小与起落架构型密切相关,并得到了3种典型飞机起落架荷载作用的不利荷位和最大应力。     

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。     

空隙结构对沥青混合料内部受力状态的影响

利用ANSYS和蒙特卡罗方法,建立含有不同空隙结构的沥青混合料模型,施加0.7 MPa的竖向荷载后,提取应力应变值,进而研究空隙结构(包括形状、大小、空隙率)的差异对沥青混合料内部受力状态的影响.研究结果表明:X向拉压应变、Y向拉压应变最大值及X向压应力均随空隙边数的减少线性降低,Y向压应力最大值减小更加明显;空隙边缘路径上X应力极大值均出现在空隙的角点,Y向应力在角点处发生突变,最大值可达2.22 MPa,均值为0.59 MPa,尖锐处为易损伤区域;随着空隙变大,应力、应变基本呈增大趋势;空隙率的改变对X向应力与剪应力影响较大,且空隙率一旦超过10％,X向应力与剪应力急剧增大,之后趋于稳定.