基于等效弹性半空间的旧水泥路面沥青加铺层设计简化方法

为了简化旧水泥路面沥青加铺层的设计方法,首先基于弹性层状体系理论,利用BISAR对沥青加铺层进行力学响应分析,将原路面简化等效为一个弹性半空间体,沥青加铺层视为一个柔性面层,通过计算确定了沥青加铺层最大剪应力的位置;然后从莫尔-库仑强度理论出发,揭示了沥青加铺层最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的变化规律,建立了沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的对应关系。研究结果表明,原路面结构等效前后沥青加铺层最大剪应力变化规律一致,沥青加铺层最大剪应力出现在加铺层层内,沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、原路面结构的等效模量值之间呈现较好的对数线性关系。以等效结构下沥青加铺层层内最大剪应力为设计指标,不但可以简化设计步骤和计算量,而且可以满足设计精度要求。     

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.     

长寿命沥青混合料加铺层的设计指标

采用有限元方法对长寿命沥青混合料加铺层的典型结构进行计算,分析其应力状态,对长寿命沥青混合料加铺层设计的设计指标进行研究,得出结论:长寿命沥青混合料加铺层的设计指标为加铺层层底拉应变.     

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。     

旧沥青层对加铺层温度应力影响的有限元分析

沥青混凝土路面的旧沥青层品质对加铺层的使用性能有重要影响，本文采用弹性三层体系模型，用有限元法分析了旧沥青层厚度，弹性模量和温缩系数对加铺层温度应力的影响。     

基于横观各向同性的沥青路面加铺层力学分析

考虑到沥青混凝土呈现一定的横观各向同性特性,采用有限元数值分析方法,建立沥青加铺层路面三维有限元模型;将沥青加铺层及旧沥青面层视为横观各向同性体,并考虑了加铺层温度场特性和沥青混合料模量随温度变化的特性以及层间接触状态,研究了不同温度条件下沥青加铺层路面的力学行为,分析了沥青混合料的横观各向同性对加铺层路面的变形和应变等的影响.研究结果表明,沥青混凝土的横观各向同性及模量梯度特性和层间结合条件对加铺层受力状况都有较大影响.     

道路加铺层设计计算方法研究

本文基于笔者从事路面加铺层设计的相关工作经验和项目背景,以混凝土路面沥青加铺设计为研究对象,探讨了沥青加铺层的纤细设计思路和计算方法,全文是笔者工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。     

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.     

参数变化对沥青加铺层结构应力的影响分析

交通荷载及温度变化是引起旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的两大因素.交通荷载主要引起加铺层剪切型反射裂缝,温度变化主要引起加铺层张开型反射裂缝.采用三维有限元方法分析了轴载、温度变化幅度及加铺层模量、厚度等参数变化对旧水泥混凝土路面沥青加铺层的荷载应力、温度应力及耦合应力的影响程度,为沥青加铺层的设计方法提供了依据.     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅰ)：力学模型

研究比较了3维有限元模型、平面有限元模型和弹性地基上双层叠合梁模型在分析旧混凝土路面上沥青加铺层温度应力的适用性,指出加铺层路面结构变形视二垂直方向变形之叠加是可行的.由于旧混凝土路面接缝造成的结构间断,加铺层层底应力集中现象明显,收敛较其截面内力(弯矩和轴向力)困难,加铺层受力状况宜用其截面内力表征.调整双层梁的水平剪切变形和竖向拉压变形效应系数,弹性地基上双层叠合梁模型的加铺层截面内力计算结果与2维平面模型的结果具有很好的一致性.     

旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的应力分析

本文采用平面有限元方法,根据Goodman力学模型建立旧路面与加铺层层间结合条件,计算分析了具有接缝(或裂缝)的旧水泥混凝土路面上沥青加铺层在行车荷载和温度变化作用下的应力和位移状况,分析了反射裂缝产生发展的原因,以及加铺层厚度和应力消散夹层防治反射裂缝的作用,为合理地设计加铺层提供依据和计算方法。     

用沥青砼罩面的碾压砼路面板温度应力分析

根据用沥青混凝土罩面的碾压混凝土复合式路面结构温度场分析结果，用三维有限元法分析用沥青混凝土砼罩面的碾压混凝土路面板温度应力，探讨沥青混凝土罩面层厚度，碾压混凝土线胀缩系数，板长和板厚对温度应力的影响。文中最后给出了用沥青混凝土罩面的碾压混凝土板温度翘曲应力系数，可供工程设计参考。     

基于黏弹性理论的沥青罩面层力学响应研究

 根据黏弹性理论构建沥青罩面层三维黏弹性有限元模型,运用大型有限元软件ABAQUS进行动态荷载试验,研究了沥青罩面层的力学响应。结果表明,沥青罩面层由于其本身的黏弹性,在动态载荷作用下会产生与弹性材料不同且更为复杂的应力响应,应力状态随加载和卸载而不断变化,加载时其表面为压应力,底层为拉应力,卸载时则相反,其表面为拉应力,底层为压应力;循环载荷下沥青罩面层受压应力和拉应力的交替重复作用,其表面和层底会产生残余应力,随温度的升高,其松弛模量增强,黏弹性减弱,残余应力逐渐减小。相对于把沥青罩面层作为弹性材料的方法,基于黏弹性的分析方法能够更准确地描述沥青罩面层的力学行为特征。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层力学分析

车辆荷载作用所引起的剪切破坏是旧混凝土路面上沥青加铺层(AC)结构产生反射裂缝的主要原因之一,采用有限元法对旧混凝土路面上AC层进行了力学分析,重点考察了车辆荷载作用下接缝处AC层的剪应力与弯沉差,分析了临界荷位及计算参数的影响规律,并给出了可用于生产设计的回归公式。     

旧水泥混凝土路面搭板罩面的应力

采用沥青罩面处理旧水泥混凝土路面时,沥青罩面层底对应旧路接裂缝的位置会因为应力集中而开裂.提出将旧板接裂缝顶部拓宽再采用水泥混凝土搭板来处理接裂缝,然后进行沥青罩面的方法,称为搭板罩面法.采用二维有限元方法分析了搭板罩面法处理旧水泥混凝土路面的影响因素,这些因素包括搭板厚度、搭板宽度、搭板强度以及搭板与旧水泥混凝土接头部位结合强弱.计算结果表明,接头顶端和裂缝顶端的应力随着搭板厚度的减小、搭板宽度的减小以及搭板的强度的减小而减小,而随着搭板与旧水泥混凝土板之间的接头处的结合由弱变强,接头顶端和裂缝顶端应力的变化趋势却相反.分析表明搭板设计需要综合考虑多方面的因素.     

层合复合材料自由角附近的层间应力场--一个半解析解

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题.对文中给出的[90°/0°]s.对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,解析解所得结果与用三维有限元计算的结果符合得较好.还就应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

路面加铺后旧沥青混合料的疲劳性能

针对老路面沥青层在加铺前后的不同受力状态,提出了两级荷载疲劳试验研究加铺后老路面沥青混合料疲劳性能的思路.通过小梁试件的室内两级荷载疲劳试验,获得了几种常用沥青混合料的二次疲劳方程,并在考虑室内与野外疲劳寿命差异的基础上,建议方程修正系数取1200.推荐了老路沥青层混合料抗拉强度结构系数供加铺设计参考.研究表明:沥青混合料二次疲劳方程与常规一级荷载疲劳方程具有相同的型式,且两者疲劳曲线的斜率没有变化,但由于一级荷载损伤的不同,二次疲劳曲线的位置有不同程度的下移;推荐的老路沥青层混合料抗拉强度结构系数克服了现有规范中沥青混合料抗拉强度结构系数不能用于老路沥青层底拉应力验算的缺陷,可直接用于加铺层设计或验算.     

复合路面沥青面层最佳厚度

应用三维有限元分析技术,分析了沥青罩面层厚度对反射裂缝的影响,给出了单双反裂裂缝的分界罩面厚度,提出了最佳脱开宽度和最佳罩面厚度的概念。试验路观测结果不仅验证了力学分析结果,同时显示,双裂缝的宽度基本上等于沥青罩面层的厚度。综合力学分析和试验路观测结果,给出了复合路面沥青罩面层的最佳厚度,为工程应用提供参考。