基于刚性夹层的水泥混凝土路面沥青加铺层设计指标

常用的以弯沉为指标的水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法难以客观反映复合式路面力学响应特征。通过计算分析发现,随着刚性夹层模量的增大,路表弯沉逐渐减小,当刚性夹层的模量增大到一定程度后,路表弯沉将不再发生变化,故弯沉指标将难以起到控制作用。因此,本研究根据力学响应分析结果,提出以加铺层剪应力作为设计指标,分析了沥青加铺层层内最大剪应力、界面最大剪应力与沥青加铺层模量、沥青加铺层厚度的相关关系,并提出了预防加铺层界面剪切破坏的技术措施。     

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。     

旧水泥混凝土路面破裂板沥青加铺层设计方法研究

为了方便快捷地确定计算路面结构厚度所需的重要参数,根据弹性半空间理论,研究了承载板下旧水泥混凝土路面破裂板的竖向弯沉与弹性模量、泊松比、平均触地压力及承载板直径之间的关系,依据试验路现场测试结果,得出了弯沉和破裂板顶面当量回弹模量之间的回归公式,在此基础上,对旧水泥混凝土路面破裂板上沥青加铺层结构的设计方法进行了研究,根据当量回弹模量、道路等级、面层、补强层类型及累计轴载作用次数计算设计弯沉值,由设计弯沉值即可推算出沥青加铺层所需的厚度.     

路面结构的路基刚度提高方法

为满足路面结构对路基刚度的要求,基于弹性半空间和双层弹性体系弯沉等效原则,进行路基刚度补偿设计,揭示路基刚度、加铺材料刚度和加铺层厚度对加铺效果的影响。在大型加速加载试槽中选取一段足尺试验路,铺筑级配碎石刚度补偿层,计算并实测路基顶面当量回弹模量。对典型路面结构进行有限元计算,研究结果表明:按弯沉等效原则计算的路基顶面当量回弹模量理论结果与现场测试结果较吻合,能指导刚度补偿层的设计;当路基当量回弹模量从40 MPa提高至120 MPa时,路面结构的整体刚度提高26.9%,水稳层底的拉应力降低15.1%,说明提高路基刚度,能够有效提高路面结构的耐久性。     

旧水泥路面沥青加铺层层间剪应力分析

为研究旧水泥路面沥青加铺层层间的剪应力状态,建立了层间力学模型,分析了不同层间状态、超重载、加铺层模量、加铺层厚度及应力吸收层模量对最大剪应力的影响. 发现层间完全连续、完全光滑时,最大剪应力分别为0.41MPa,0.43MPa;当轮胎压强从0.7MPa提高到1.2MPa时,层间最大剪应力增加了70%以上,达到0.7MPa;当应力吸收层模量为400MPa时,层间最大剪应力达到最小值,然后随着应力吸收层模量的增加剪应力也相应增加,当模量达到1000MPa时层间剪应力达到最大值. 结果表明,层间完全连续时剪应力较小,层间剪应力随轮胎压强的增大而增大,应力吸收层模量400MPa时应力削减效果最好.     

高等级公路沥青路面剪应力分析与应用

基于线弹性层状体系理论,采用路面结构有限元法,探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律、影响因素及其评价方法。通过选取不同路面结构参数,包括各结构层厚度、模量和泊松比等,在不同的点位,利用BISAR程序进行力学计算和分析,提出了沥青路面抗剪强度的确定和评价方法。研究结果表明:在不考虑各结构层材料性能和厚度时,最大剪应力均分布在距路表3cm深度范围内;影响剪应力的最主要因素是沥青层模量、泊松比和基层模量;对于普通3层沥青层面层结构,上面层和中面层应进行剪应力验算,下面层可根据实际情况确定是否进行验算;验算时,需找到准确的计算点位才能计算出各层内最大剪应力。     

沥青路面沥青层剪应力变化简化模型研究

根据层状弹性理论利用有限元软件ANSYS建立了计算多层沥青路面的有限元模型,并利用其计算多层沥青路面结构的沥青层剪应力沿深度方向的分布规律,通过计算大量结构分析总结出沥青层剪应力随着面层厚度、基层模量和基层厚度改变的变化规律;在这些规律的基础上通过修改伽马分布的密度函数的公式试算得出了沥青面层沿深度方向剪应力规律曲线的数学方程.结合此方程和本课题组研究的车辙预估方程编纂了计算剪应力分布和路面车辙预估的应用软件.     

旧水泥路面沥青加铺层剪应力分析

加铺沥青层后的旧水泥路面安全性和舒适度得到了较好的改善。本文采用ANSYS三维有限元软件对旧水泥路面沥青加铺层进行剪应力计算,分析了最大剪应力、剪应力分量等指标随荷载位置及水平荷载系数等因素的变化规律及影响程度。     

旧水泥路面沥青加铺改造中弯沉指标研究

使用有限元方法建立旧水泥混凝土路面模型,采用弹簧单元模拟水泥路面接缝处荷载传递性能,分析了接缝两侧水泥混凝土板的弯沉差和平均弯沉随弹簧单元弹性系数的变化规律.在此基础上,建立水泥路面沥青加铺层模型.计算发现,沥青加铺层底部在原水泥路面接缝处存在剪应力集中现象,进而分析了旧水泥路面接缝处沥青加铺层底部的剪应力随弯沉差的变化规律.根据莫尔-库仑强度理论,以沥青加铺层底部的剪应力不大于其容许剪切强度为判断标准,提出旧水泥混凝土路面的弯沉差指标.此指标在旧水泥路面沥青加铺改造时可作为评价接缝传荷能力的参考依据.     

基于神经网络冷再生层最大剪应力预测

目的针对乳化沥青冷再生路面内部剪应力过大易导致路面产生车辙等路面破坏问题,对其内部剪应力进行预测,减少此类病害,更好地选择路面结构参数,提高冷再生层内部抗剪强度.方法以乳化沥青冷再生层的厚度、模量,水泥稳定碎石的厚度、模量以及土基模量为输入参数,以冷再生层最大剪应力为输出参数,运用遗传算法对初始参数进行优化,运用灰色神经网络理论构建冷再生层最大剪应力预估模型;构建多元线性回归模型预测最大剪应力,对二者的预测能力进行分析.结果笔者建立的神经网络模型预测值与实测值拟合效果良好,最大误差仅为4.119 2%,能够进行准确预测.多元线性回归和灰色神经网络预测模型,都可用于冷再生层最大剪应力的预测,但灰色神经网络模型对冷再生层最大剪应力数据的预测结果较优.结论把灰色神经网络预测模型与沥青路面结构的设计联系起来,可以更好地控制乳化沥青冷再生路面的剪切破坏.     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层的力学分析

以南京-连云港高速公路南京段水泥混凝土路面改造工程为研究对象，采用弹性和粘弹性理论分析了加铺层结构为4cmSMA13＋8cmSUPERPAVE25＋10cm的沥青稳定碎石LSM25沥青混凝土加铺层的受力特性。研究表明：沥青混凝土加铺层的粘弹性性质对加铺层表面的竖向位移有一定的影响，随着深度的增加，这种影响逐渐减弱；沥青混凝土加铺层的粘弹性性质对加铺层不同深度处的竖向应力的影响较小；高温稳定性是沥青稳定碎石LSM25层沥青混合料材料设计的重点；SUPERPAVE25混合料设计的重点是控制材料的疲劳性能；加铺层厚度h=19cm时，SUPERPAVE25层底拉应变最大，增加和减小加铺层厚度，SUPERPAVE25层底拉应变呈现减小趋势；随着沥青稳定碎石模量的提高，加铺层中各深度处的竖向压应变和水平方向应变明显降低。     

基于正交设计的乳化沥青冷再生下面层力学特性分析

目的研究乳化沥青冷再生材料作为沥青路面下面层的力学特性,推荐合理结构参数.方法采用正交试验设计方法,运用ABAQUS有限元分析软件对不同路面结构进行模拟分析.结果当乳化沥青冷再生材料厚度大于10 cm,模量大于800M Pa;水泥稳定碎石厚度大于40 cm,模量大于1 600 M Pa;土基模量大于70 M Pa,沥青路面路表弯沉、AC-10面层最大剪应力和层底弯拉应力、乳化沥青冷再生下面层最大剪应力和层底弯拉应力等效果较好.结论在路面结构层参数合理的情况下,乳化沥青冷再生材料可以作为沥青路面下面层使用.     

设防水层的混凝土桥桥面铺装结构剪应力计算与分析

摘要应用有限元法,对设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青铺装结构进行剪应力计算,分析了防水层的厚度、模量、泊松比、沥青混凝土铺装层厚度和模量等参数对结构层剪应力的影响,认为层间最大剪应力主要取决于面层厚度和防水层模量,相同的防水层模量通过增加面层厚度是降低层间剪应力的最有效手段。在计算与分析的基础上,给出了常用参数范围内的剪应力计算诺模图。     

旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝有限元分析

利用通用有限元方法建立水泥混凝土路面沥青加铺层有限元模型,计算车轮荷载位于最不利位置时沥青加铺层的应力分布以及超载对沥青加铺层应力的影响,并分析接缝处沥青加铺层应力随吸收层模量变化的规律.计算结果表明:接缝处沥青加铺层的主应力、等效应力以及应力强度均远大于其他位置,反射裂缝由此产生并向上扩展;随着应力吸收层模量从20 MPa增加到100 MPa,沥青加铺层主拉应力相应减小8%,说明采用较大模量的吸收层可延缓反射裂缝的出现.此外,超载也对沥青加铺层反射裂缝的产生具有实质性的影响.     

沥青路面结构响应的试验分析

分析落锤式弯沉仪的弯沉数据得到的路面层模量与实测的沥青层芯样劲度模量,然后利用理论的模型计算路面响应,比较测量和理论计算的值。采用多层弹性理论反算模量。正算时采用了三种不同的理论模型,三种模型分别为多层弹性理论;当量厚度的线弹性方法及考虑沥青层粘弹性的有限元方法。结果表明,利用有限元方法计算的结构响应更加接近实际测量结果。     

级配碎石基层沥青路面合理沥青层厚度

为得到适用于级配碎石基层沥青路面的合理沥青层厚度,当级配碎石基层厚度为20cm时,利用BISAR 3.0程序计算不同沥青层厚度(4~36cm)路表和面层底部应变、路基顶面压应变、沥青面层和级配碎石基层内不同深度剪应力,进一步根据不同结构层的应力应变疲劳极限确定不同沥青层厚度级配碎石基层沥青路面结构疲劳开裂、永久变形和车辙的病害状况,根据路面结构使用性能和耐久性实现沥青层厚度的优选。为验证薄沥青层级配碎石基层路面结构力学响应和长期使用性能,采用足尺路面加速加载试验(APT),对5cm沥青层厚度路面结构的力学响应、长期使用性能及病害特征进行验证。结果表明:当级配碎石基层厚度为20cm时,沥青层不宜过薄,沥青层厚度h15cm时易产生过大的路表永久变形和自上而下的疲劳开裂;沥青层厚度为5~18cm时,存在较大的面层层底拉应变、路基顶面压应变、沥青面层和级配碎石基层最大剪应力的不利受力组合;沥青层厚度h1≥34cm时,可满足长寿命沥青路面的使用要求;若条件受限时,宜保证沥青层厚度h1≥18cm;由APT试验结果可知,沥青层厚度为5cm时,沥青层层底拉应变计算结果、路面结构剪应力计算结果与试验路实际使用状况基本符合,路面结构主要病害为车辙和永久变形,疲劳开裂并不明显,但路基顶面压应力计算值偏小,该值不宜作为路面结构设计依据。     

路面沥青层内剪应力的分析研究

通过对路面沥青层内的最大剪应力进行了分析,得出了沥青层内最大剪影的变化规律。其次对沥青各结构层参数对最大剪应力的影响进行研究,得出除沥青层厚度外的其他结构层参数对最大剪应力产生的位置没什么影响,只对最大剪应力值有一定影响,对实际工程具有指导意义。     

交通荷载下沥青加铺层路面力学分析

利用线弹性力学原理,建立沥青加铺层路面结构三维模型,采用有限元分析沥青加铺层厚度和弹性模量、旧路弹性模量、水平力及轴载等参数变化对沥青加铺层力学状况的影响,并研究裂缝和层间接触对加铺层性能的影响.研究结果表明:加铺路面结构参数和荷载特性对加铺层受力状况都有较大的影响,加铺层厚度及旧路裂缝对加铺层受力特性影响显著,层间接触情况对加铺层寿命影响较大.研究结果对沥青路面的加铺设计、施工具有重要参考价值.     

旧混凝土路面加铺沥青层路面结构的有限元分析

水泥混凝土路面加铺改造后路面的破坏主要是由于反射裂缝造成的,如何延缓反射裂缝的发生是旧水泥混凝土路面加铺改造的难点。该文应用Ansys有限元软件分析了沥青加铺层路面结构在车辆荷载作用下的应力状态;通过改变加铺层厚度、加铺层模量及水泥混凝土模量,分析讨论了加铺层应力状态的影响因素,得出相应的结果,为路面加铺工程提供一些建议。     

浅谈旧水泥路面改建与加铺技术

本文对如何正确处理旧水泥路面进行了研究,明确提出了旧水泥路面处理应分为改建和加铺两种方式,加铺层厚度设计采用沥青动态模量作为计算参数,以一定可靠度下的反射裂缝率来评价加铺后的效果,从而完善了沥青加铺层设计体系广州北环高速公路利用文中提出的决策体系对旧路进行了处理,取得了较好的效果.