基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近的轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面的产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增大在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力,但因荷载继续作用于界面的几率较小,因而界面处实际不会产生剪切破坏,反而是轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然。     

道路交通荷载横向分布特性分析

在中国不同省份收集了20个道路断面的计重收费数据,并在25条道路上进行现场交通摄像与数据读取,分析道路的方向分布系数、车道分布系数及其影响因素.结果表明,方向分布系数一般为50%～60%,而重交通方向当量轴载作用次数在总作用次数中所占的比例为50%～85%.当两个方向交通荷载特性存在明显区别时,应对两个方向的路面结构分别进行设计.交通行驶方式对车道分布系数有明显的影响.对于双向两车道道路,高速公路的车道分布系数较大;而对于双向三车道道路,非高速公路的车道分布系数较大.分别对高速公路和其他公路提出了车道分布系数的推荐值,供路面结构分析和设计之用.     

某八车道高速公路车流特性及荷载效应

以某高速公路扩建前后的实测车辆荷载数据为基础,对不同车道车流的分布及荷载组成进行了统计,归纳车流及荷载的空间分布规律,并据此探讨沥青路面及桥梁结构对车流横向差异的敏感性.结果表明,车辆的车道选择差异显著,70%以上的二轴车倾向于在内侧两个车道行驶,90%以上的多轴车选择在外侧两个车道行驶;内侧车道交通分布密集,但是车辆荷载水平较低,外侧车道车辆荷载水平远在内侧车道之上;车辆荷载下十年内超车道路面仍然满足使用性能要求,而其余各车道路面损坏程度很大,必须进行维护;单向四车道桥梁行车道2上车辆荷载弯矩效应极值远大于其他车道,在不同加载长度下,各车道实测效应极值基本大于规范值,说明目前规范车辆荷载模型已无法满足实际的结构设计评估要求,建议修正.     

高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.     

分车道设计与施工在高速公路养护中的应用

结合沪杭高速公路沥青路面养护维修实际情况,通过路况调查分析,进行对重载车道路面分车道补强优化设计和施工,取得了较好的施工质量和经济效益。为更好的总结和评价该项新工艺对高速公路养护管理的积极意义,现对分车道设计和施工进行简单的分析和论述,供设计施工参考。     

分车道设计与施工在八车道高速公路养护中的应用

结合沪杭高速公路沥青路面养护维修实际情况,通过路况调查分析,进行对重载车道路面分车道补强优化设计和施工,取得了较好的施工质量和经济效益。为更好的总结和评价该项新工艺对高速公路养护管理的积极意义,现对分车道设计和施工进行简单的分析和论述,供设计施工参考。     

非均布动荷载作用下车速对粘弹性沥青路面寿命的影响

在不考虑超载情况下,为探求重载货车行车速度对沥青路面使用寿命的影响,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元粘弹性路面结构模型;针对不同车速及非均布动荷载作用下路表面弯沉值的变化进行了计算和分析,并利用轴载换算方法对仿真结果在不同车速下的寿命比进行了比较.结果表明,当重载车速在10～32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值;当车速在17 km/h时,动态弯沉比静态弯沉大22.4%,此时沥青路面的实际使用寿命比设计寿命缩短将近61.5%.在合宁高速公路上开展的交通调查结果显示,高速公路入口2 km内、收费站前1 km内、车辆爬坡路段及交通繁忙的大桥上,大多数重车的车速都处于不利行车速度,对路面实际使用寿命的影响非常显著.     

广西重载交通下沥青路面结构

根据广西公路网的具体情况,参考现行规范的要求,结合重载条件下沥青路面结构应力分析,对重载交通的特点以及路面材料参数的取值进行了探讨.建议重载作用下土基回弹模量通过野外承载板法测得的回弹变形0.6mm内的变形线性拟合获得;考虑到重载条件下半刚性材料的p-l曲线表现出明显非线性,建议将半刚性材料的应力应变工作区间延伸到极限荷载的75%～80%.并在工程实践的基础上推荐了几种路面结构组合.     

考虑摩擦系数的沥青路面动态轴载换算

为研究复杂工况下的动态轴载换算,分析了车辆移动荷载作用下沥青路面的动力响应,对数值计算的有效性和车辆行驶特性的影响进行了研究,并提出了动态轴载换算公式.基于二维Lamb问题验证了数值计算的有效性,并建立刚性基层沥青路面的三维动力学数值模型,分析不同车速、路面摩擦系数和轴载等因素的影响.当荷载匀速移动时,轴载和路面摩擦系数对路面动力响应的影响明显,考虑摩擦系数的动态轴载换算指数明显大于静态荷载.结合车辆和路面多种影响因素的三维有限元计算模型更符合沥青路面结构的实际受力状态,动态轴载换算公式可用来改进当前的规范设计.     

公路桥梁长加载区间的多车道车辆荷载概念模型

高速公路多车道荷载及其响应的差异一直是桥梁设计与研究关注的重点,目前的多车道荷载模型对这种差异表述不合理,特别是长加载区间效应.选取2009~2013年实测的2车道和4车道28d自由通行的WIM(Weigh-in-motion)数据,研究车辆的车道选择和荷载的空间分布特性,分析长加载区间的多车道荷载响应,提出了考虑多车道荷载模型的新思路,并校核了该概念模型的系数取值.研究表明,应选用至少3周以上数据进行车辆及荷载分析才具有统计意义,多车道中各分车道的车辆及荷载分布具有显著差异,我国规范基于车道荷载同分布的假定不成立.车道荷载分位值差别显著,而最大值却大致相同,说明多车道荷载模型无法兼顾不同加载区间的修正要求.长加载区间上分车道荷载响应之间的比值趋于稳定数量关系,表明各车道不仅不能达到相同水平极值,且不能同时达到.推荐的多车道概念模型能科学考虑长加载区间上分车道及总车道响应极值的关系,更具工程意义,校核的系数表明推荐模型合理可用.     

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.     

新疆荒漠区沥青面层疲劳寿命分析

针对新疆荒漠区典型沥青路面结构,采用现场原型车辆加速加载试验手段,分析新疆荒漠区不同路面结构在实际路面荷载工况下,对沥青面层疲劳寿命的影响。结果表明:现场原型车辆加速加载作用下沥青路面层底最大拉应变随着时间的增长而增大,且与时间的数学模型关系为相关性较大的对数函数关系;当超载率从0.31%~39.84%时,沥青面层底拉应变急剧增加,从而加速了沥青路面疲劳破坏进程;同时,超载越严重沥青路面结构设计对增加路面疲劳寿命的影响就越小。     

基于FWD荷载下的沥青路面实测动力响应分析

沥青路面基于高度条件和重载作用,其受力状态以及静载模式下的受力条件都会产生极大差异.通过试验分析基于动载激励条件下沥青路面的动态响应规律,在此基础上分析沥青路面的损害机理.为研究动态荷载作用下沥青路面的实测动力响应,基于实际工程,构筑了3种典型的沥青路面,采用FWD(落锤式弯沉仪)分析沥青路面的动态弯沉盆特性,通过动态应变传感器,得到基于动态荷载下的层底弯拉应变响应.结果表明:沥青路面结构的动态响应随FWD荷载的变化表现出非线性特性,3种沥青路面结构的面层底具有较低的应变状态,且几乎不对路面累计疲劳造成损伤,相对于横向应变,具有较大的纵向应变能力.     

山区高速公路紧急避险车道辅助车道设置

通过对8处紧急避险车道主线外侧车道车头时距的收集与分析,运用拟合分析和卡方检验,发现当外侧车道交通流小于500veh·h-1时,车头时距符合负指数分布.考虑主线外侧车道交通流量、失控车辆的速度与失控车辆汇入的临界间隙,应用微分法求导得到失控车辆汇入主线外侧车道的汇入概率模型.通过分析失控车辆汇入主线外侧车道的换车道驾驶行为,得到了不同路面状况下车辆汇入临界间隙.在保证失控车辆95%的汇入成功率条件下,计算不同路面状况、主线外侧交通流量与驶入速度下的辅助车道长度设置值.     

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%。     

山区高速公路沥青路面的抗车辙能力

针对山区高速公路陡坡多、车辙严重的问题，分析了超载（包括轮压与汽车轴载等）对山区高速公路路面沥青混合料的影响以及长大纵坡对沥青路面抗车辙能力的影响。认为山区高速公路产生车辙的主要原因是长大纵坡导致了车辆低速行驶，车辆低速行驶对沥青混合料动稳定度的影响超过夏季高温和超载的影响。研究结果表明，减小坡度和控制坡长是提高路面抗车辙能力的有效方法。     

湿度影响下的重载交通沥青路面动力响应

考虑地下水和雨水入渗的影响,运用ABAQUS软件建立重载交通沥青路面动力分析模型,分析地下水上升和降雨入渗引发路基湿度变化后的路基动态回弹模量分布规律,以及三轴双轮移动重载作用下沥青路面的动力响应.分析结果表明,地下水距路基顶面越近,对路基模量的分布影响也越显著,降雨入渗与动载共同作用处的路基模量折减更明显;地下水位距路基顶面高度从6 m减至2 m时,面层层底拉应变由70×10~(-6)增至173×10~(-6);降雨强度增大对外侧车道处的面层层底拉应变影响巨大,对中间车道的影响较小;降雨天数增加,两侧车道的面层层底拉应变反而减小,而中间车道的趋势相反,拉应变随着降雨天数增加而增大.