沥青路面结构永久变形环道试验研究

为了分析厚沥青层的柔性基层和半刚性基层沥青路面在轮载作用下各结构层永久变形发生发展的规律,通过在50～60 ℃高温下进行的室内大型足尺环道路面加速加载试验,测试了不同轮载作用次数下沥青路面各结构层的永久变形.环道试验测定结果表明:对于本试验三种沥青层厚度超过20 cm的沥青路面结构,土基对车辙的影响很小,级配碎石柔性基层和水泥稳定碎石半刚性基层对车辙的影响也很小,路面永久变形主要发生在20 cm深度范围的沥青层内.     

刚性路面柔性联接层有限元分析

基于中国半刚性基层水泥混凝土路面的使用经验,通过增加柔性联接层对现有路面结构进行改良,从而改善半刚性基层水泥混凝土路面的受力状态.利用有限元方法,建立加铺柔性联接层的水泥混凝土路面结构的3D有限元模型,对不同联接层材料模量和厚度情况下的路面各结构层进行力学分析.研究结果表明:半刚性基层自身变形随联接层厚度增加而递减,面层变形基本不受影响;水泥混凝土面板板底最大拉应力随联接层模量的增大逐渐减小,而半刚性基层和联接层层底拉应力逐渐增加;以上各结构层的变形能力和力学性能随联接层厚度和模量变化而变化的规律,为确定联接层合理的层厚和材料参数提供了一定的理论基础.     

橡胶颗粒防冻性沥青路面结构组合研究

为研究橡胶颗粒沥青混合料作为沥青路面不同层位与ATB、AC结构组合下沥青路面的防冻性能的变化规律,通过ANSYS有限元软件模拟冰层的受力过程,分析不同路面结构组合下的荷载响应效果.结果表明:橡胶颗粒沥青混合料作为上面层时具有较好的防冻性能;作为中面层时可明显提高路面抗车辙性能,但破冰性能降低.最后,建议采用ATB作下面...     

车辆随机及移动荷载作用下路面动态响应

为了探讨车辆随机动荷载对道路破坏的影响,基于二自由度1/4车辆振动模型,采用MATLAB/SIMULINK软件模拟得到车辆对路面作用的动荷载,采用ANSYS/APDL二次开发技术建立半刚性沥青路面三维有限元分析模型并实现随机动载加载,计算分析了路面在车辆随机动载作用下的动态响应规律,并与移动恒载计算结果进行比较。研究结果表明:随机动载与移动恒载作用下路面固定位置处的应力时程变化规律相似,而路面各层的应力极值波动情况明显不同,相对于固定位置处节点应力时程分析,路面各层的应力极值分布可以较好地反映车辆荷载的随机特征;随机荷载下路面各层的应力极值波动频率与所施加的动荷载波动频率相似,而且随着路面深度的增加,应力波动效应降低;随机荷载下路面应力响应数值大于移动恒载值,且随着路面不平度的增加应力响应数值变大,即在良好路面上随机荷载应力响应与移动恒载数值比较接近。     

轴载对复合式路面应力吸收层荷载应力的影响

研究改性沥青混合料应力吸收层在复合式路面结构中的受力状态,对于其材料组成设计具有指导意义。采用有限元数值分析方法,建立基于应力吸收层的复合式路面三维有限元模型,分析轴载、模量变化对应力吸收层荷载应力的影响。结果表明：应力吸收层本身处于极为不利的受力状态,刚性基层接缝处应力吸收层层底存在应力集中,应力增长了60%,其模量越低,应力集中越明显,层内荷载应力呈3阶多项式函数变化;应力吸收层层内荷载应力随轴载增加呈线性增长,轴载变化对层底荷载应力影响最显著。     

基于有限元ANSYS的半刚性基层沥青路面力学响应分析

为解决乌鲁木齐市城市道路半刚性基层沥青路面横、纵向裂缝和车辙病害严重的问题,选取乌鲁木齐市城市道路典型的半刚性基层沥青路面结构,对面层厚度、基层模量以及基层厚度进行规律性的变化,研究沥青路面结构在不同行车荷载作用下的力学分布及变化规律.利用ANSYS有限元软件对不同行车荷载作用下的半刚性基层沥青路面结构进行仿真计算,并对提取的数据进行分析.结果表明:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,但减小幅度却各有不同;随着半刚性基层厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,且减小幅度均较小;随着半刚性基层模量的增加,竖向位移和沥青层剪应力均逐渐减小.因此,建议沥青面层在18～20 cm取值,半刚性基层厚度在35～40 cm取值,半刚性基层模量在1500～1600 MPa取值.     

荷载激励半刚性基层沥青路面声效响应分析

为了通过由沥青路面在冲击荷载作用下的声效特征差异识别路面层间连续状态,从而适时进行预防性养护,采用ABAQUS有限元从材料塑性变形、温度、土基等方面分析半刚性基层沥青路面不连续病害产生机制,建立半刚性基层沥青路面板体振动微分方程和强迫振动方程,求得其稳态解,并对板体振动时的声效响应及其敏感性因素进行分析。结果表明:激励荷载大小、板体尺寸、板体连续状态、不连续区域面积等较冲击加载方式、板体模量等因素对荷载激励产生声效特征响应更为强烈、敏感,板体振动声效特征频带基本集中在500 Hz之内;基于沥青路面在冲击荷载下因连续状态不同引起的声效特征差异性原理,开发的半刚性基层沥青路面结构层连续性检测仪的识别准确率达到96%。     

含裂缝沥青路面橡胶应力吸收层的最佳参数研究

目的找出不同等级交通荷载作用下沥青路面橡胶应力吸收层的最佳参数,从而提高路面的使用寿命.方法应用ABAQUS有限元软件建立含裂缝沥青路面三维力学模型,通过层底各应力和裂缝尖端应力强度因子的比较分析,确定橡胶应力吸收层的防裂效果;通过应力吸收层的模量和厚度与裂缝尖端处面层层底各应力的关系,确定最佳模量和厚度.结果在标准荷载BZZ-100作用下,橡胶应力吸收层的最佳模量建议取600 MPa,最佳厚度取2.5 cm.橡胶应力吸收层能够顺利的延缓并控制反射裂缝.在重载交通作用下,应力吸收层的最佳模量建议取800 MPa,最佳厚度取3 cm.结论路面橡胶应力吸收层可以对路面裂缝的产生起到抑制作用,应力吸收层的弹性模量及厚度直接影响路面裂缝的产生.     

半刚性基层振动压实时的下承层动力响应分析

为判断半刚性基层振动压实能否造成下承层的早期破坏,对半刚性基层在移动—振动压实荷栽作用下的下承层动态应力响应进行分析.将振动压路机对压实层施加的作用力简化成周期性变化的矩形均布压力,采用移动—振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的施加与求解.采用三维有限元瞬态动力分析方法以及ANSYS有限元程序,计算、分析半刚性基层在振动压实作用下的下承层的动态应力响应,建立了一种振动压实荷载作用下的路面结构层动态应力响应分析方法.算例显示,在下基层施工后7d,振动压实上基层时下承层动态拉应力峰值接近下承层的极限抗拉强度,可能会出现产生早期破坏,从而表明在半刚性基层振动压实时进行施工荷载与施工时机控制是必要的. 振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的施加与求解.采用三维有限元瞬态动力分析方法以及ANSYS有限元程序,计算、分析半刚性基层在振动压实作用下的下承层的动态应力响应,建立了一种振动压实荷载作用下的路面结构层动态应力响应分 方法.算例显示,在下基层施工后7d,振动压实上基层时下承层动态拉应力峰值接近下承层的极限抗拉强度,可能会出现产生早期破坏,从而表明在半刚性基层振动压实时进行施工荷载与施工时机控制是必要的. 振动荷载模型模拟振动压路机在振动压实过程中对压实层施加的作用,并对该振动压实荷载利用APDL语言编制相应的分析程序,实现了在有限元模型上的     

动态荷载作用下不同下封层沥青路面力学响应分析

目的分析在两种不同行驶位置的移动荷载作用下,不同下封层沥青路面力学性能的差异.方法笔者对4种不同下封层的沥青路面进行室内模拟试验,获得不同下封层下基面层间的连接状况参数.在此基础上建立移动荷载作用下不同基面层连接状况的沥青路面结构有限元分析模型.结果基面层连接状态越好,移动荷载作用下所产生的应力越小;荷载位于路面中间所产生的竖向剪应力和基层层底拉应力比荷载位于路面两侧时大;在不同基面层间接触状态下,荷载位于路面两侧的竖向剪应力的差异性大于荷载位于路面中间,荷载位于路面两侧的基层层底拉应力的差异性稍小于荷载位于路面中间.结论与在路中央行车相比,在路两侧行车对路面的不利影响更小.下封层的连接效果越强,荷载对路面结构的不良影响越小,故推荐使用橡胶沥青封层.     

设置过渡层的半刚性基层沥青路面的合理结构

针对半刚性基层在沥青路面使用过程引起的裂缝破坏,使其在高等级公路中的适用性受到质疑的问题,通过设置级配碎石和沥青碎石过渡层使半刚性基层的层位实现向下放置,实现了改善半刚性基层受力和减少裂缝的目的。采用ANSYS计算设置不同厚度的级配碎石和沥青碎石过渡层,分析路面结构在荷载作用下基层厚度变化时轮隙中心的受力情况,以考察适宜的半刚性基层层位和厚度。力学分析结果表明：采用厚度为12～15cm的级配碎石层和厚度为25～35cm的半刚性基层、或设置厚度为10～15cm的沥青碎石层和厚度为20～30cm的半刚性基层这两种结构,完全可以满足控制路面结构开裂的指标要求;能减少路面结构出现裂缝,延长沥青路面的结构寿命。     

FWD荷载作用下碾压混凝土基层沥青路面的动态响应试验

为研究碾压混凝土基层沥青路面在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动态响应,铺筑了试验路,通过在试验路内部布设应变传感器,获取了不同工况条件下试验路路面结构层内的应变响应,分析了碾压混凝土基层沥青路面的动态特性及荷载、温度等因素对路面动态响应的影响,构建了碾压混凝土基层沥青路面结构沥青面层底最大水平拉应变预估模型.结果表明:FWD荷载作用下,在距离荷载板中心30 cm范围内路表弯沉变化较大,距离荷载板中心30 cm范围以外,路表弯沉随位置变化的幅度较小,且温度越高,这种趋势越明显;在加载中心点的正下方,路面结构层内部表现为拉应变,且荷载越大,应变越大;相同荷载作用下,碾压混凝土基层沥青路面的底基层、基层与面层底的应变均小于传统半刚性基层沥青路面,随着荷载水平增加及温度升高,路面结构层内部的应变逐渐增大;路面结构层底的应变随荷载增加呈线性增加,随温度升高呈指数增加,路面温度升高50%,50 kN荷载作用下沥青面层底的应变水平与100 kN荷载相当.     

基于温度-车辆荷载作用下沥青路面细观力学响应

为了研究温度-车辆共同荷载作用下沥青路面各结构层细观力学响应,依据常用沥青路面各结构层材料级配及孔隙率建立了离散元模型,通过拟合室内单轴压缩应力-应变曲线获取模型的细观参数.在此基础上,对车辆荷载和不同温度作用下的沥青路面响应进行求解,分析各结构层细观力学响应及结构层颗粒变化情况.研究结果表明:在移动荷载及温度共同作用下,随着路面结构层深度增加,垂向位移逐渐降低,温度越高垂向位移越大;各结构层垂向应力随路面深度增加而依次减小;水平方向各结构层应力情况复杂,上面层处于受压状态,其余结构层颗粒既有受压也有受拉状态;切向应力处于拉应力与压应力交替状态,温度对颗粒应力影响较大;颗粒前期速度振动较为剧烈,后期速度振动较为平缓.     

耐久性再生集料半刚性基层沥青路面三阶段结构设计

再生集料半刚性基层沥青路面在重复荷载及环境因素影响作用下,经历整体、板体、块体和散体的复杂状态。提出了基于三阶段设计方法的耐久性再生集料半刚性基层沥青路面结构设计,并进行了相关的计算分析。结果表明,三阶段结构设计更能体现再生集料半刚性基层沥青路面结构层在不同阶段对应的路面寿命。分阶段选用的材料参数与实际路面结构层材料的工作状态基本吻合,设计的路面结构使用状况比现行采用弯沉值作为唯一设计参数设计的路面结构更符合现实,更能准确地反映了路面结构状态的发展过程。     

不同胶粉掺量下橡胶沥青混合料路用性能分析

为研究不同胶粉掺量下橡胶沥青混合料的路用性能,本文通过在70#A级基质沥青中掺加不同质量胶粉,利用沥青激光回弹试验、沥青接触角试验分析了沥青PG等级以及沥青胶结料与集料之间的粘附特征,确定了橡胶沥青路面结构上、中、下面层的最佳胶粉掺量(即上面层SMA-13添加30%,中面层AC-20添加40%,下面层AC-25添加50%);通过对不同胶粉掺量橡胶沥青混合料的汉堡车辙试验、低温弯曲抗裂试验及直接剪切试验等力学性能研究得到了：胶粉的掺入可增强沥青胶结料与集料间的内聚力,使沥青混合料的塑性变形能力变强,有效改善了橡胶沥青混合料不同结构层的水稳定性和高温抗车辙能力,提高了橡胶沥青混合料的抗裂性能和抗疲劳性能。结合工程实例,借用三维雷达检测系统,评价了现场橡胶混合料沥青路面结构层摊铺的整体性和材料厚的均匀性等道路内部状况;通过现场路面取芯后CT扫描,获取了现场路面结构的集料-空隙三维空间分布情况,得到了胶粉的加入能促进沥青胶结料与集料间的分子运动,有效改善沥青混合料的孔隙分布情况,使路面内部材料更加均匀分布,充分发挥橡胶沥青路面优良的路用性能。     

半刚性基层沥青路面层间接触临界状态值的计算方法

为了准确地模拟实际道路结构层的层间接触状态,计算荷载下道路结构层真实的应力、应变响应,采用分形理论和层间接触理论,对半刚性基层沥青路面层间接触状态进行微观分析;在此基础上建立了路面结构的层间接触模型,根据级配分形维数值的公式计算了沥青面层、半刚性基层层间接触临界值的大小.分析结果显示:在其他条件保持恒定的情况下,当层间有效接触面积大于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于弹性状态,宏观上路面结构表现出弹性性质;当层间有效接触面积小于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于塑性状态,宏观上路面开始发生塑性损伤变形.提出了依据级配计算路面结构层间接触状态值的方法,可以纠正我国道路结构设计规范里基于线弹性层状理论,假设层间接触完全连续或完全光滑与工程实践存在明显偏差情况,从而更清晰的分析路面微观结构与宏观路用性能之间关系.     

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.     

基于动载荷模拟的半刚性沥青路面响应分析

提出了一种基于虚拟样机和有限元技术的半刚性沥青路面动载荷响应分析方法,可准确计算重型货车各轴的动载荷.分析动、静载荷共同作用下路面的应力、应变,有效预测路面疲劳寿命.依据车辆动力学原理,基于ADAMS平台构建重型货车一路面系统的多自由度虚拟样机模型,通过仿真得出第一轴右侧单轮和第三轴右侧双轮的动载荷变化规律;基于弹性层状体系理论建立半刚性沥青路面的3D黏弹性有限元模型,在考虑轮胎矩形印迹和动载荷动态性的基础上,分析和比较单、双轮载荷作用下的路面响应.研究结果表明,路面的疲劳破坏是动载荷引起的水平应力、横向应力和垂直应力共同作用的结果,水平应力的交变变化是破坏的主要因素;此外,重型货车的后轴双轮造成的路面疲劳断裂破坏为前轴单轮的3.96倍.     

基面层间接触状态对沥青路面力学响应影响

为了研究沥青路面基面层间结合状态对其使用性能的影响,分析了不同层间粘结状况下路面力学响应状况,建立了基于脱层失效理论的基面层间有限元模型,采用子结构分析方法系统研究了精铣刨、胶粉改性沥青、SBS改性沥青、基质沥青等不同层间处治措施对路用性能的影响,并通过室内层间直剪试验对预估模型进行了验证。研究结果表明:与传统定义层间摩擦因数的方法相比,脱层失效理论的层间接触模型更能有效反映不同层间材料、不同粘结层厚度对路面力学性能的影响,并能分析随轮载加重而造成的层间材料刚度损失;在面层厚度较薄、水平力系数较大、超载严重的路段采用精铣刨等处治措施,能有效改善层间受力状况,提高道路寿命。     

考虑温度变化的柔性基层沥青路面结构力学分析

采用BISAR 3.0程序计算行车荷载在不同温度下两种柔性基层沥青路面结构的力学行为.荷载采用双圆均布垂直荷载,且为标准轴载BZZ-100,轮载P=25 k N,轮压p=0.7 MPa,半径d=0.106 5 m,层间接触状态为完全连续.通过计算结果分析比较路表弯沉、面层层底拉应力与剪应力以及基层层底拉应力与剪应力随温度变化规律情况,探索最优柔性路面结构形式.