重载作用下沥青路面结构动态响应敏感性分析

采用三维有限元动力分析模型,分析了重载移动作用下轴载重量、轴载速度、路面结构参数等因素变化,对沥青路面动态响应的影响.结果表明:路面动态响应随着轴重的增加呈线性显著增加;轴载速度对路面动态响应有一定的影响,路面结构动态响应随轴载速度的增加呈现先增加再降低的趋势,重载车辆以常见速度运行时,对路面结构产生的疲劳破坏影响显著大于静载产生的疲劳破坏;路面结构参数中,面层厚度对路表剪应力、路表竖向压应力影响特别显著,路基模量对路表弯沉、底基层拉应力、路基顶面压应变影响特别显著.     

荒漠地区耐久性沥青路面结构设计指标与路面结构力学分析

通过分析荒漠地区恶劣自然环境下的重荷载交通沥青路面使用状况,采用有限元分析,提出了采用路面性能指数PCI、路表面弯沉与路面车辙作为路面结构的设计指标;得出了荒漠地区耐久性沥青路面结构受力分布.结果表明:不同轴载作用下路表最大竖向变形与轴载近似成线性关系,随着轴载的增大,最大竖向变形逐渐增大;路表最大拉应力以轮轴线呈现对称分布;路面结构层内的剪应力随着深度增加而增大,在距路表5 cm处剪应力达到峰值.研究成果可为荒漠地区耐久性沥青路面选材与结构设计提供科学的理论支撑与技术指导.     

国省道路面结构支撑体系研究

本文针对国省道公路重载交通严重、路基地基承载能力不足等特点，对国省道公路典型路面结构进行了力学分析，分析了国省道公路在现行的路基压实标准下的路面结构和路基、地基的受力规律，给出了不同交通轴载情况下路基的工作区深度；分析了超载对国省道公路路面结构的影响规律．为采取工程措施改善路面结构受力状态，延长道路的使用寿命提供了理论依据。     

基于足尺ALF车辙试验的车辙等效轴载换算

为了确定沥青路面的车辙等效轴载换算系数,对3种路面结构进行了足尺ALF (Accelerated Load Facility)加速加载车辙试验,并进行理论分析.根据车辙等效原则建立了轴载换算系数的方法;以3种路面结构在3种工况下的车辙数据为基础,得出车辙深度与轴载作用次数的关系,进而求解不同结构的车辙等效系数和车辙等效轴载换算系数.研究结果表明:3种路面结构的车辙等效轴载换算系数分别为4.56、4.90和2.71;改性沥青混合料比基质沥青混合料具有更小的轴载换算系数,说明其具有更低的轴载敏感性;推荐改性沥青混合料的车辙等效轴载换算系数为2.7,基质沥青混合料的为4.9.     

水泥混凝土路面路基应力水平分析

通过系统的参数分析,探明了影响路基应力的主要因素,并确定了相应参数在模型中的取值,以此建立三维有限元分析模型.采用该模型对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算,分析了轴重与轴型对路基应力计算深度和荷载应力分布的影响.结果表明,随着轴重和轴数的增加,路基应力计算深度不断扩展,该范围内的应力级位也不断提高;多轴荷载应力的叠加效应在路基深层愈加显著.通过叠加自重应力获得路基中的应力状态,经统计分析表明,路基主应力覆盖范围为30kPaσ190kPa,10kPaσ340kPa,主应力比的变化范围为1.9～6.0.当轴载增加1倍时,路基中的应力级位约提高10kPa.这将对路基性能造成显著影响,因而在路面结构设计中应予以考虑.     

行车荷载作用下粉土路基的永久变形

为探讨行车条件下沥青路面粉土路基的永久变形规律,首先依据弹性层状体系理论计算不同路面结构类型、不同车辆轴质量下,沥青路面路基的竖向附加应力分布特征;然后通过动三轴试验,分析了粉土路基土在重复荷载作用下的累积塑性应变与动应力大小、土体物理状态的关系,并建立粉土路基土的循环累积塑性应变预测模型;基于上述理论分析和试验结果,探讨行车荷载作用下粉土路基的永久变形.研究表明:路基永久变形随轴载作用次数增加而逐渐增大,但当作用次数超过1×106次,增大速率逐渐减缓;压实度对粉土路基的永久变形影响较大,当路基压实度较低时,提高压实度、增加基层厚度或增大基层模量均能显著减小路基的永久变形,但当压实度高于93%,不同行车荷载、不同路面结构的路基永久变形差别减小.     

路面结构极限承载能力分析

针对某公路路面的早期损坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查.基于实际轴载的作用图式,分别应用弹性层状体系理论和弹性薄板理论有限元法分析了重荷载作用下,该公路沥青路面和水泥混凝土路面结构的力学响应.按照起决定作用的各结构层材料抗拉强度确定两种路面结构类型的极限承载能力,初步建立了分析路面结构极限承载能力的方法.分析结果表明,沥青路面早期损坏的根本原因是过大轴载对路面结构的一次性加载破坏,而不是轴载重复作用的疲劳破坏,按现行规范设计确定的水泥混凝土路面结构的极限承载能力明显高于沥青路面结构的极限承载能力.     

水泥混凝土路面加铺沥青层结构应力分析

为了指导旧路加铺工程合理设计,对加铺结构在交通荷载作用下的受力状态进行了分析。基于路面力学弹性层状体系理论,建立了旧路加铺路面的轴对称有限元模型。主要考虑交通荷载作用,分析了沥青加铺层层底拉应力、剪应力和旧水泥路面层底的拉应力等指标。考虑加铺层和应力吸收层模量的影响对路面结构的力学响应进行了分析计算。为了快速计算材料力学性能对路面结构受力的影响,基于数值计算结果给出一个路表弯沉和沥青加铺层底拉应力的简易计算公式。结果表明:在车辆轴载作用下,增设应力吸收层会减小路表弯沉、沥青层底拉应力、新旧层间的剪应力和水泥层底拉应力各项指标,对于改善路面结构受力状态有积极影响;随着沥青面层模量的增加,路表弯沉、沥青层底剪应力和水泥层底拉应力都趋于减小,但是沥青层底拉应力会增大。由此建议在旧水泥路面加铺沥青面层设计时,应适当选用高模量的沥青混凝土材料,可以缓解路面新旧层之间的剪切脱层破坏,进而延长旧路改造路面的服役寿命。     

重载作用下路面结构不均匀破坏特性

为了研究路面结构中同一层面强度不均对路面的影响,进行了车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的研究,基于实际轴载的作用形式,应用弹性层状体系理论建立路面结构的有限元模型.分析了重载作用下,公路沥青路面路面结构的力学响应.分析结果表明,在路面结构同层材质不均的情况下,沥青路面损坏的主要原因是轴载对路面结构作用产生过大的不均匀沉降使路面一次性加载在路面产生水平方向的拉应力导致拉张破坏.     

行车荷载对路基路面影响分析

路基、路面的服务对象是汽车,其主要功能是保证车辆平稳、安全、快速地通行。造成路基、路面结构损伤的主要原因是汽车荷载。所以,为保证路基、路面达到预定的功能,具有良好的结构性能,应对行驶中汽车进行系统分析,包括汽车轴载与轮载的大小与特性;在设计期限内,车辆通行量逐年变化的规律以及汽车轴型的分布;汽车的动态与静态荷载特性比较等。