抗车辙柔性基层耐久性沥青路面车辙疲劳影响规律

为了解决柔性基层的车辙问题,从车辙破坏机理出发,采用英国壳牌设计软件及剪应变、弯拉应变、路基顶面压应变3个代表性指标,通过大量分析计算,得到了结构层厚度、模量等因素对抗车辙柔性基层耐久性沥青路面的影响规律。研究结果表明:抗车辙柔性基层耐久性路面面层总厚度应不小于18cm,半刚性底基层厚度应不小于15cm,但半刚性底基层厚度的增加会引起中、下面层层内剪应变的增加,对抗车辙不利,不宜过大,面层和基层总厚度宜大于40cm;中面层采用高模量沥青混凝土,能明显增强柔性基层耐久性路面的抗车辙和疲劳性能;设计合理的抗车辙柔性基层耐久性沥青路面结构,柔性基层及其下层发生疲劳破坏的可能性不大。     

基于侧向位移法的沥青路面抗车辙影响因素

为分析当前高速公路严重车辙路段流动性车辙的影响因素,建立了沥青路面三维有限元模型.以沥青层的侧向(横向)位移为评价指标,分析了不同沥青层材料、不同沥青层结构组合及不同基层形式对流动性车辙产生的影响.给出了减少流动性车辙产生的对策;提出了沥青结构层协调组合设计的理念;指出了级配碎石联结层的使用不仅会减少高温下沥青上、中面层的侧向流动变形趋势,还会减小上、中面层的横向位移.     

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.     

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.     

温度场及非均布移动荷载作用下沥青路面力学响应分析

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度-荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

温度场及非均布移动荷载作用下

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

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.     

影响级配碎石模量的结构因素敏感性分析

基于KENLAYER计算模型对不同结构层厚度的级配碎石进行计算分析得到的数据,利用灰关联分析法分析了沥青面层厚度、沥青面层模量、级配碎石层厚度、半刚性基层厚度、半刚性基层模量及土基模量指标对级配碎石模量的影响程度.并得出各相关因素影响程度的排序结果.研究结果表明,灰关联分析法用于分析诸因素对级配碎石模量的影响能获得较好的结果;基于灰关联理论的排序结果表明,沥青面层模量是影响级配碎石模量大小的最主要的因素,级配碎石基层下的结构层位对其模量影响程度较小.     

土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

针对最不利季节土基强度值过低且不能真实反映不同季节土基强度变化的问题,引入等效回弹模量作为土基强度的设计值.根据东北地区粘性土、华北地区粘性土和西北地区黄土所测得土基回弹模量随季节的变化情况,得出不同地区的等效回弹模量值.通过对不同等级、不同轴载作用下沥青路面结构设计计算,分析了不同土基强度取值对路面结构层厚度的影响.结果表明:用等效回弹模量作为土基强度的设计值,土基设计强度提高了50%～60%,沥青路面结构层厚度平均减小10.4 cm.     

考虑既有路面车辙状况的厂拌热再生沥青路面力学响应分析

为研究既有沥青路面车辙状况下厂拌热再生路面的动态力学响应，本文通过现场获取不同车辙深度的路面芯样，并室内制备不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料，通过动态模量试验评价材料的力学性能；利用3D-Move Analysis有限元软件分析不同结构组合的厂拌热再生沥青路面动力响应。结果表明：动态荷载作用下，再生路面各沥青面层均出现了拉压交互和应力集中的现象，再生路面结构随着车辙发展深度的加深出现拉裂破坏等病害的风险增加，但一定的车辙发展深度有助于提高沥青路面的承载能力。RAP掺量和既有路面车辙发展深度的改变将会使路面结构的模量组合发生变化，再生路面结构力学响应受这两种因素影响较大。为减少再生路面结构的永久变形并提高其耐久性，应充分考虑再生层和既有路面中面层的模量组合，从而改善再生路面结构受力情况。     

行车荷载及路面结构对车辙影响的有限元分析

基于车辙的产生机理，采用实测轮胎接地压力，对柔性基层和半刚性路面结构内的剪应力进行三维有限元分析，结果表明，相同荷载条件下两种路面结构所受的剪应力有较大差异，水平力对剪应力亦有较大的影响；基层模量、面层厚度、面层模量对沥青层内的剪应力影响均比较显著．因此，为防治车辙，应该在路面设计时对路面结构组合类型的抗车辙能力进行充分的考虑，并严格控制超载．     

半柔性复合路面的力学响应与结构优化

半柔性复合路面材料因其优越的抗车辙和水稳定性,成为近年来一种新兴的高性能路面材料,但对其路面结构方面的研究却鲜有涉及。基于层状弹性体系理论构建水泥稳定碎石半柔性路面结构模型,利用正交实验方法研究了表面层、下面层、基层、底基层的模量和厚度的不同参数组合对水泥稳定碎石层层底拉应力和沥青混凝土层永久变形量的影响,提出了影响各路面结构层力学响应的关键指标。结合现行规范,以力学性能最优为原则,综合考虑经济性,提出了优选的路面结构组合体系。     

考虑层厚的路面弯沉修正系数研究

路表弯沉实测值与计算值之间常常存在较大偏差，需以弯沉综合修正系数调整．现行沥青路面设计规范中，弯沉综合修正系数F缺乏对路面结构层厚度的考虑，且存在“反常现象”，即随着土基模量的增大，设计厚度也增大的现象．通过现场试验路的测试分析，提出了新的F计算式，以反映F随不同路面结构层厚的变化规律，适应不同层厚的路面结构．     

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.     

温度和车速对半刚性基层沥青路面 模量场和疲劳寿命的影响

为分析半刚性基层沥青路面中沥青层模量在时间域和空间域上的分布特征,研究模量场年变化对结构层疲劳寿命的影响,将沥青面层细分为1 cm厚的亚层,基于Odemark法经迭代计算得到了沥青层中的模量场分布,分析全年456种工况下路面结构的力学响应,基于Miner线性疲劳损伤模型计算得到了考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数.结果表明:模量场随时间显著变化,车速为70 km/h时,沥青层各深度处的模量年最大与最小值之比达20.1～34.9,且同一时间沿路面深度方向的模量不相等;车速对模量场有显著影响,车速120 km/h与10 km/h时,沥青层模量之比达1.12～2.28;路面结构的疲劳寿命分析中,应考虑模量场年变化的影响,在20℃、10 Hz标准工况下分析得到的上基层疲劳寿命偏保守,下基层疲劳寿命偏危险,建议采用考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数调整标准工况下计算得到的结构层疲劳寿命.     

基于响应面法的长寿命沥青路面结构优化

 考虑到长寿命沥青路面结构设计参数多、取值范围大等特点,利用力学分析软件研究了各结构层厚度、模量等因素对沥青层底拉应变和路基顶压应变的影响,通过响应面法分析了影响沥青层底拉应变和路基顶压应变的显著因素,并建立了相应的预测模型。结果表明,沥青中间层、基层和底基层厚度对沥青层底拉应变和路基顶压应变影响最为显著,沥青中间层、基层模量对沥青层底拉应变和路基顶压应变有一定影响,且沥青中间层16 cm、模量1800 MPa,基层6 cm、模量1200 MPa,底基层40 cm时,沥青层底拉应变和路基顶压应变综合结果最优。研究结果为长寿命路面结构组合优化提供了一定借鉴和参考。     

基于均匀设计沥青路面抗车辙分析

车辙是沥青路面主要破坏形式之一.研究表明传统的线弹性层状体系可以作为模拟车辙的分析模型.选作沥青基层顶层压应变作为力学响应指标.采用均匀分析方法,合理设计计算次数,有效地获得力学响应,分析层厚和模量对沥青路面抗车辙能力的影响.为提高沥青路面的抗车辙能力提供参考.     

基于有效模量的沥青路面加铺层设计方法

中国沥青路面加铺设计方法单纯采用旧路面的弯沉作为设计指标,无法指导路面病害较为严重时所需要进行的路面加铺设计。参考AASHTO设计方法中旧沥青路面层系数的建议值,根据模量和层系数的关系,确定了半刚性基层沥青路面结构层的有效模量建议值,并结合中国沥青路面设计方法,提出基于结构层有效模量的半刚性基层沥青路面加铺层设计方法。通过沥青路面加铺设计实例,根据路面病害状况确定了各结构层的有效模量,得到加铺层厚度为10cm。结果表明：该方法设计结果与美国AI法结果基本一致,略低于AASHTO设计结果;避免了当路面代表弯沉值较小时,按现行规范无法进行加铺的情况。     

材料热物理参数对沥青路面温度场影响的模拟分析

首先在考虑沥青路面与周围环境热交换过程的基础上,利用ADINA有限元软件构建了沥青路面温度场评估模型,并确定了模型的边界条件,然后通过数值模拟的方法分析了导热系数、表面传热系数和路面反射率这3个材料热物理参数对沥青路面各结构层温度场的影响.结果表明：沥青路面的温度变化主要发生在其表层和面层（即沥青层）,而基层、底基层和土基的温度变化很小;相同条件下,沥青路面各结构层的日温度差会随着各结构层深度的增加而减小;沥青路面各结构层的温度会随着结构层深度的增加出现变化相位逐渐滞后的现象;修铺沥青路面时所用材料的导热系数越大、表面传热系数和路面反射率越小,沥青路面的温度越高,因此,为使整个沥青路面温度降低,铺筑沥青路面时应使用导热系数较小、表面传热系数和路面反射率较大的材料.本研究可为沥青路面的选材设计提供理论支撑,有助于改善沥青路面的温度场,减小沥青路面对城市环境造成的不良热效应.