装配式基层道路结构接缝荷载应力分析

为研究装配式基层路面结构基层接缝的应力情况,通过三维有限元分析方法,分析了装配式基层模量、基层厚度、荷载大小、土基回弹模量和层间接触条件等对装配式基层接缝底部荷载应力的影响。路面结构计算与分析表明:混凝土模量较填缝砂浆模量对结构影响大,不但能减小幅度大于前者的接缝弯沉,而且能从一定程度上增强接缝的传荷能力,基层模量的下降可以有效地减小荷载应力;随基层厚度和土基回弹模量的增加,接缝两侧弯沉值和底部荷载应力显著减小但逐渐趋于平缓,传荷能力增加;接缝弯沉和底部荷载应力在超载下均是呈线性关系显著增长,需严格限制超载重载;接触条件的恶化,接缝弯沉值和底部荷载应力基本增大,由连续状态变为非连续状态变化特别显著。     

利用FWD弯沉数据进行模量正算的研究

简要介绍了美国道路研究协作计划(NCHRP)中一种新的运用落锤式弯沉仪(FWD)采集弯沉数据进行模量正算,得到道路结构层的复合模量和有结合料的混合料层模量。     

基于弯拉应力等效的地基当量回弹模量

以往多层地基的顶面当量回弹模量大多是按弯沉等效得出的,该值对计算地基上面层或基层的弯拉应力是不适合的.为此,在弯沉等效的地基顶面当量回弹模量计算式的基础上,通过对荷载圆半径的修正,将弯沉等效转变为弯拉应力等效;进而,总结出了三层结构时单圆和双圆荷载的荷载圆半径修正系数回归公式,并拓展至多层结构;最后,通过工程实例证实,用弯沉等效的地基顶面当量回弹模量计算刚性或半刚性基层层底弯拉应力偏小13％～22％,而用弯拉应力等效的地基顶面当量回弹模量计算得到的基层层底弯拉应力与理论值的误差不超过1％.     

行车荷载作用下半刚性沥青路面动态弯沉数值分析

为连续快速检测路面动态弯沉,通过建立行车荷载作用下沥青路面有限元动态模型,研究了在不同行车速度、不同测点的弯沉大小;通过改变路面各层厚度和模量对路面动态弯沉特性进行了研究。研究结果表明:不同车速条件下的路面动态弯沉并不相同,车速愈高弯沉愈小,并且弯沉最大值滞后于行车荷载作用的峰值;路面厚度增加显著减小路面动态弯沉,厚度对弯沉影响的大小依次为面层、基层和底基层;各层模量的增加将使路面的动态弯沉减小。     

沥青路面阻尼特征参数及路表动态弯沉盆分布特征研究

为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题,采用动力有限元数值分析方法,探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法,建立了路基阻尼参数的预估分析模型,考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明:路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素,并受路基模量的影响最为显著,而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计;FWD动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同,相同的路面结构层间接触状态不同,路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异;有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑FWD测试设备的动力特性,以及路面层间实际接触条件。     

不同模型下的FWD路面模量反算结果分析

通过分析不同荷重等级下的FWD实测弯沉盆,进而比较了实测弯沉盆在反算过程中考虑土基非线性及动荷载因素时对路面各层反算模量的影响,得出三层路面结构的实测弯沉盆基于静力线弹性模型的模量反算结果会高估土基模量,低估基层模量,并解释了原因。     

基于等距测定的弯沉对沥青路面裂缝影响范围的研究

为了明确沥青路面裂缝的影响范围,采用落锤式弯沉仪(FWD),对路面结构损坏状况和强度状况进行全面评估,并提出了一种半刚性基层沥青路面裂缝损伤状态及影响范围的确定方法,即对裂缝两侧一定范围进行弯沉检测,根据检测点距离裂缝的距离及其弯沉值所绘制的弯沉曲线准确判断裂缝影响范围及其损伤状态。对横向裂缝、单独裂缝等表面裂缝弯沉变化情况以及带不同病害程度下弯沉响应分析,发现裂缝对弯沉的影响范围为距离缝中心±50 cm范围,且弯沉值随着荷载增大而增大;裂缝中心处被认为影响最为严重,超出该范围后裂缝对于弯沉的影响数值逐渐降低。对裂缝处的当量回弹模量进行分析,发现裂缝会明显影响沥青路面的当量模量使其处于较高的水平,但不同的裂缝位置所测得的当量回弹模量衰减程度大相径庭,从养护处置角度思考,进行道路改造时不能简单采用当量模量平均值,应该考虑最薄弱环节的处理方法。该方法解决了目前沥青路面裂缝影响范围外观观测判定不准的问题,为道路路面养护维修决策制订提供精准、有效、经济的依据。     

不同模型下的FWD路面模量反算结果分析

通过分析不同荷重等级下的FWD实测弯沉盆,进而比较了实测弯沉盆在反算过程中考虑土基非线性及动荷载因素时对路面各层反算模量的影响,得出三层路面结构的实测弯沉盆基于静力线弹性模型的模量反算结果会高估土基模量,低估基层模量,并解释了原因。     

路基回弹模量测试方法控制标准研究

针对目前现场承载板法测试路基回弹模量的1 mm控制弯沉与高等级公路路基实际工作状态不适应的问题,通过大量的汽车荷载和路面结构的调查,选取不同汽车荷载作用下的不同等级公路沥青路面典型结构,根据弹性层状体系理论,采用正交试验分析法,对路基顶面的压应力和弯沉进行了理论分析,并通过实际路基现场承载板法测试的验证,提出了合理的路基回弹模量测试方法控制标准,即采用弯沉作为控制标准:二级及二级以上高等级公路路基控制弯沉为0.5 mm,二级以下公路路基控制弯沉为1.0 mm。     

基于地统计学变异函数理论的HMA压实均匀性影响分析

现在常规的路面结构分析设计方法如多级层状分析方法、AASHTO路面结构设计方法都是基于计算模型中材料的均匀性。文中应用Bomag IC Evib方法对试验路压实区域100%覆盖测量其回弹模量,基于测量的非均匀分布的结果建立三维有限元模型模拟热拌沥青路面的弯沉响应,应用(M-E PDG)模型预测路面结构疲劳寿命。将沥青层模量看作空间异构分布,地统计学中的变异函数模型用于评价预测结果的均匀性。结果表明,材料模量的均匀程度对沥青路面路用性能影响巨大。材料弹性模量的非均匀分布可以加剧弯沉的危害并缩短路面结构疲劳寿命。     

干拌水泥碎石桩加固软弱路基的数值模拟

软弱路基的不均匀沉降是青海省高速公路常见的病害之一,常用干拌水泥碎石桩处治.建立有限元模型,分析了干拌水泥碎石桩加固效果的影响因素,发现桩长、桩间距、桩体弹性模量和路堤土回弹模量显著影响路表弯沉;明确了桩长、桩间距、桩体弹性模量与路表弯沉的关系;探讨了优化桩长和桩间距组合的方法,发现当路堤高度较高时,选用长桩长、宽桩间...     

落锤式弯沉仪在道路施工质量控制中的应用研究

作为当前最先进的路面弯沉检测设备,落锤式弯沉仪(FWD)能够准确的实现对路面结构层模量的反算,从而评价施工道路路面状况。本文首先分析落锤式弯沉仪的工作原理,然后与传统使用的弯沉检测设备贝克曼梁进行比较,以落锤式弯沉仪的优点以及两者之间的线性关系为基础,利用基先进的模量反算软件SIDMOD,与实际工程相结合对FWD弯沉检测在道路施工质量控制的应用进行分析和探讨。研究表明,道路路面施工过程中,结合FWD弯沉检测技术以及路面结构层模量的反算理论可以对道路工程的实际施工质量做出准确的反映,找出施工中存在的质量问题以及安全隐患的路段或者结构层,是一种非常高效的施工质量控制工具。     

基于动态弯沉盆的路面模量反算方法

路面荷载是典型的冲击荷载,文中利用弹性层状体系理论,通过对输入和输出的关系分析,提出了路面动态模量的反算思想和实现方法。东莞市北王路的路面动态弯沉检测评价结果表明,基于FWD动态弯沉所反算的模量能更好地对路面结构层的强度进行评定。     

基于沥青混凝土横观各向同性的路面结构分析

基于沥青混凝土(ALC)的横观各向同性,采用通用有限元软件Abaqus,分别考虑水平荷载的作用和沥青混凝土弹性模量随温度变化的特性,数值模拟计算了横观各向同性沥青路面分别在水平、竖直荷载和温度场作用下的关键力学响应。横观各向同性在模型中定义为水平模量与竖直模量之比(n)。研究结果表明:各响应指标均随n发生变化;n减小时,弯沉和沥青层底拉应变指标随着增大。各响应指标也受到水平荷载和温度条件的影响;在水平荷载作用下,弯沉、拉应变均会增大,当n较小时,弯沉增大幅度更为明显;高温条件下的弯沉比低温条件下大,而拉应变在低温条件下比较大。     

沥青路面FWD弯沉值温度修正理论研究

FWD(落锤式弯沉仪)在道路工程运用越来越广泛,其弯沉值的温度修正成为制约FWD运用的关键问题。由于沥青层材料和层位的原因,温度影响弯沉的实质是影响沥青层的模量。文章通过理论计算发现沥青层模量和路表弯沉呈双对数关系(1gD=a·1gE1+b),然而不同模量和厚度结构组合,系数数值不同。文章将分析系数与弯沉温度修正的关系,从不同沥青路面结构组合入手,计算发现不同模量、不同厚度组合对FWD弯沉值温度修正的影响,并分析产生这些影响的原因,有利于指导采集的FWD弯沉温度修正数据的统计分析。     

基于FWD路表动态弯沉盆参数的路基模量评价研究

为客观地反映既有路基的承载能力状况,基于结构动力学基本理论,建立了沥青路面结构的动力有限元数值分析模型,分析了路基模量参数与路表动态弯沉盆参数指标的相关关系,据此构建了路基模量参数的预测分析模型,并探讨了层问非连续接触、路面横向开裂及刚性层深度等因素条件对路基模量预测结果的影响.结果表明:路表动态弯沉盆参数指标与路基模量之间具有良好的相关性,路基模量可由直接弯沉参数指标d9、形状参数指标F8以及结构层厚度联合确定;路面开裂及层间非连续接触行为对路基模量参数的预测结果没有影响;当路基内刚性层深度小于6 m时,路基模量预测分析结果明显偏大.研究结果为进一步推广FWD测试设备在路基结构性能评定中的广泛应用提供了技术保障.     

沥青路面黏弹性力学反问题研究

针对沥青材料的黏弹性特性,对沥青路面黏弹性力学反问题进行了研究。采用黏弹性理论,利用Abaqus有限元软件,建立了沥青路面广义Maxwell模型的黏弹性反算模量的有限元模型,基于足尺路面试验环道的FWD落锤式弯沉仪的动力荷载试验结果,对两种沥青路面结构进行了黏弹性反算模量的计算,并对考虑黏弹性的沥青路面模量的反算方法及反算模量的可靠性进行了研究。结果表明:使用广义Maxwell模型的黏弹性反算模型,利用Abaqus有限元软件对沥青路面进行模量反算的方法是可行的,其反算模量结果正确,相比考虑弹性的结果,其误差较小;将反算结果替换原始模型中的初始模量,进行正分析,发现计算弯沉盆和实测弯沉盆匹配良好,各测点计算弯沉值与实测弯沉值较吻合。     

FWD和BB在路基检测中的对比分析

落锤式弯沉仪(FWD)和贝克曼梁(BB)是公路弯沉常用的两种测试仪器,FWD测试的是动力弯沉,通过改变落锤重量可以很好地模拟车辆荷载,并由9个传感器能得到整个弯沉盆,这比后者更具有应用价值。以太澳高速公路在建路基为工程实例,采用点对点的方式,分别进行了FWD(1 t、3 t和5 t)和BB测试,并根据测得的弯沉反演得到了路基的模量,分析弯沉与反算模量之间的相互关系,为工程应用提供了理论依据。     

公路路基回弹模量承载板测试方法改进研究

针对承载板测试方法的不足,在进行路基顶面应力和位移分析的基础上,选择甘肃省、河南省和河北省的4条不同等级代表路段进行了不同荷载标准下的承载板试验,提出了不同等级公路路面结构下路基顶面产生的回弹弯沉以及压应力的变化范围;分析得出在不同等级公路进行承载板试验时的荷载标准:对于高等级公路(二级以上),荷载标准一般取为回弹变形0.5 mm对应的应力;对于三级以下公路,则采用控制回弹弯沉到1 mm时结束;同时提出了采用控制应力的测试方法,针对不同等级道路采用不同加载上限及荷载分级方法。     

HWD测试方法的可靠性分析

重锤式弯沉仪HWD是机场道面检测中的主要设备,一般认为由于实测弯沉值的离散性、非零截距、偶然误差等因素对HWD测试方法的可靠性产生很大的影响,但对其可靠性的定量研究尚十分缺乏。基于美国FAA在国家机场道面测试中心(NAPTF)试验道面采用世界上7种不同型号主流HWD的平行试验数据,对比分析了冲击劲度模量ISM、接缝传荷能力、弯沉测试的非零截距、基层顶面反应模量4个方面的测试结果误差及成果的可靠性。分析结果表明:不同HWD设备在同一测点的ISM测试值相对误差范围为-13.7%~24.5%;接缝传荷能力测试结果的相对误差范围为19.2%~23.7%;所有设备的荷载与道面弯沉值之间存在良好的线性关系并存在一定的非零截距,但其非零截距值一般不超过3μm,而且截距值的出现与传感器采集信号的超前和滞后有关;通过不同HWD设备测试的弯沉值分析得到的基顶模量与实际基顶模量相比,测试误差范围为-33.3%~81.7%。