旧水泥沥青加铺层路面结构温度场及热力分析

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构的温度变化对反射裂缝扩展的影响,基于热传导理论和断裂力学理论,运用ABAQUS软件建立非线性瞬态温度场模型,分析连续变温条件下的温度梯度及沥青加铺层反射裂缝扩展规律。研究结果表明:在全天变化中,沥青加铺层正负温度梯度交替出现,且变化幅度大,易诱发温度裂缝;连续变温条件下,剪切型应力强度因子随温度的变化平缓,温度变化非其形成的主因;但张开型应力强度因子随温度的变化显著;在沥青层降温收缩阶段,尤其在17:00~22:00时段,当降温幅度越大,温度越低,则张开型应力强度因子越大,越易引起沥青层开裂;裂缝长度越长,应力强度因子SIFs越大,尤其是张开型应力强度因子峰值,裂缝长度越长越易加速张开型裂缝扩展。     

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.     

沥青加铺层裂纹尖端应力强度因子分析

裂纹尖端处的应力强度因子是研究裂纹扩展规律的基础，它以数值形式表征了不同裂纹尖端趋向开裂的严重程度．采用有限元方法对车辆荷载和温度作用下沥青加铺层的裂纹应力强度因子进行了分析，研究了沥青加铺层厚度、模量、初始裂纹长度、降温幅度及轴载等参数变化对加铺层裂纹应力强度因子的影响程度，为沥青加铺层防裂设计方法提供必要的理论依据．     

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.     

西藏沥青路面裂缝温度疲劳扩展寿命分析

为了研究温度收缩对沥青路面开裂的影响规律,在考虑沥青混凝土弹性模量及温缩系数随温度改变的变化规律的基础上,采用断裂力学有限元模型对温度型表面裂缝及反射裂缝的扩展进行动态分析,并预估2种温度裂缝疲劳断裂寿命.结果表明:不同变温条件下,裂缝扩展的应力强度因子K呈现出不同的增长趋势,温降越大,裂缝扩展越快;基准温度越低,裂缝扩展越快.其中表面裂缝温度疲劳扩展寿命要远远小于反射裂缝的温度疲劳扩展寿命,路面结构参数对反射裂缝温度疲劳扩展的影响则要明显高于对表面裂缝温度疲劳扩展的影响.     

RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析

在沥青水泥混凝土AC层中接缝的上方存在一条垂直路面结构的反射裂缝的条件下，研究温度变化对反射裂缝的影响，并考虑沥青水泥混凝土AC层与碾压水泥混凝土RCC板之间的接触，摒弃两层之间完全连续的假设。其步骤为：利用传热学原理，得出路面结构的温度场，再利用热弹性理论求出不同温度条件下产生的热应力；然后，利用断裂力学理论计算复合式路面裂缝尖端的应力强度因子。此外，根据工程实例得出了不同裂缝长度下的应力强度因子，并分析了不同因素对应力强度因子的影响。研究结果表明：降低AC层与RCC板之问的粘结程度，加铺低模量的土工布，适当提高AC层的厚度等方法，能降低裂缝尖端的应力强度因子，从而达到阻碍反射裂缝开裂扩展的作用。     

基于断裂力学的沥青路面Top-Down开裂机理

首先基于ABAQUS有限元分析方法,综合考虑老化和温度梯度造成的沥青路面内部模量梯度、突然降温、轮胎边缘的应力集中等因素,选取春、夏、冬3个季节,以及未老化缓慢降温、老化后缓慢降温、老化后忽然降温3种情况,建立了带有微裂缝的9个沥青混凝土路面结构有限元模型,对不同工况下的沥青路面微裂缝尖端应力强度因子进行对比分析,结合最大周向拉应力理论得出裂缝开裂机理和判断方法,并给出了Top-Down裂缝预估方法.结果表明:对于未老化缓慢降温和老化后缓慢降温的沥青混凝土路面,剪切型应力强度因子对裂缝的扩展起主要作用;对于老化后忽然降温的沥青混凝土路面,张开型应力强度因子对裂缝的扩展起主要作用.     

基于应力吸收层的"白改黑"路面温度应力有限元分析

研究改性沥青混合料应力吸收层在“白改黑”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。根据弹性层状理论体系,采用Abaqus工程模拟有限元软件建立基于应力吸收层的“白改黑”路面三维有限元模型,对比分析直接加铺方案与设应力吸收层方案,分析低温条件下降温幅度、应力吸收层厚度及模量、基础模量变化对加铺层结构温度应力的影响。分析结果显示：应力吸收层在低温条件下,随着降温幅度的增加应力集中现象越明显,模量增加,层底温度应力增大,为减缓反射裂缝的产生和扩展,应力吸收层厚度在3cm左右较为适宜。     

橡胶沥青应力吸收层抗疲劳作用机理研究

为研究AR-SAMI的抗反射裂缝与抗疲劳作用机理,通过复合梁三点弯疲劳试验分析了AR-SAMI对加铺层疲劳开裂进程与疲劳寿命的影响;采用有限元数值模拟并结合疲劳断裂力学理论进行疲劳扩展寿命的预估,并与试验结果进行对比;通过计算加铺层底部的最大主应力与裂尖应力强度因子,探讨AR-SAMI的阻裂与抗疲劳作用机理。结果表明:①设AR-SAMI有效抑制了反射裂缝的产生并降低了裂缝扩展速率,使得试件整体疲劳寿命提高了57%;②设AR-SAMI后使得沥青加铺层在开裂后裂尖的应力强度因子大幅降低,也因此降低了裂缝的扩展速率;③应用疲劳断裂力学理论对裂纹扩展疲劳寿命进行预测,结果显示应力吸收层依靠自身较高的疲劳性能使得结构整体疲劳扩展寿命提高了36%。因此,AR-SAMI在长期的使用过程中对抑制裂缝反射并提高加铺层疲劳寿命具有显著的效果。     

土工合成材料防治反射裂缝效果的数值模拟

为研究土工合成材料是否可以有效地抑制路面反射裂缝的产生与发展的问题,采用有限元数值模拟方法,运用Ansys软件,进行土工合成材料防治路面反射裂缝的数值模拟分析,分别对比土工合成材料和无土工合成材料下不同沥青加铺层厚度时的沥青层低应力、弯沉值和强度因子的变化曲线.研究结果表明:土工合成材料能有效的减轻沥青层底应力、降低弯沉,通过降低应力和弯沉对沥青加铺层起到了一定防治反射裂缝的效果,同时可以提高工程质量减小综合造价.     

沥青加铺层抗反射裂缝足尺疲劳试验

针对水泥混凝土路面加铺改造后容易产生反射裂缝的缺点，采用大型疲劳试验台架进行不同沥青加铺层结构层抗反射裂缝的对比试验，模拟荷载作用下加铺层结构温度型和荷载型反射裂缝的产生和发展过程，评价了不同加铺层方案的防裂效果。结果表明：应力吸收层可有效消解水泥混凝土板块接缝处的应力集中现象，防止水泥混凝土面板由于温缩及荷载作用引起的加铺层反射裂缝；设置玻璃纤维格栅及土工布并不能很好的解决路面的反射裂缝问题。     

旧水泥路面沥青罩面的施工工艺及实践

根据南昌市红谷滩中心区旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层的工程实施，介绍了如何处理旧水泥混凝土路面病害及接缝的施工工艺，提出预防沥青反射裂缝的措施。     

水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面温度梯度分析

着重分析了水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面温度梯度的变化规律及其受沥青层厚度的影响状况，并结合我国各地气象资料，建立了一个适用于不同沥青层厚度、不同混凝土板厚度的计算混凝土板最大温度梯度的回归公式，为进一步研究该种路面结构的温度应力奠定了基础     

沥青路面Top-Down裂缝的断裂力学分析

采用移动荷载模式,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质,利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响.研究表明随着裂缝长度增加和温度降低,张开型应力强度因子(KⅠ)和剪切型应力强度因子(KⅡ)的峰值增加.行车速度对应力强度因子的作用频率有显著影响,较慢的行车速度会加速Top-Down裂缝的扩展.与采用粒料基层相比,采用半刚性基层可降低裂尖应力强度因子.随着温度升高和裂缝长度增加,KⅠ对裂缝扩展的贡献减小,而KⅡ的贡献逐渐增加.     

夹层防治反射裂缝效果的应力分析

采用三维有限元静力分析方法,计算分析了具有接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应力的变化情况,从理论上深入研究了应力吸收夹层和加筋夹层在不同情况下防治反射裂缝的效果,提出了两种夹层的模量推荐取值．     

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.     

沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法;利用三维有限元法,对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热-荷载耦合应力对比分析,并进行了试验路观测与理论计算分析。结果表明:OLSM的耦合应力明显小于普通沥青混凝土的应力;OLSM中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消解及吸收裂缝处路面应力,可有效防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝,是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。     

沥青混合料抵抗反射裂缝能力的评价方法研究

反射裂缝是在混凝土路面上加铺沥青面层时最常见的病害之一。要防止反射裂缝的发生,主要取决于沥青混合料本身的性能。但是,目前没有一种简单易行的实验方法和技术指标来评价沥青混凝土抵抗反射裂缝的能力。本文的目的就是要找到一种行之有效的方法,并利用自动沥青路面分析仪（AAPA）模拟试验验证这种方法的可行性。     

水泥路面加铺改造技术研究

防治反射裂缝,使现有道路能够继续承担未来的交通荷载是旧混凝土路面加铺沥青混凝土需要解决的主要问题.橡胶沥青应力吸收层具有吸收应力、减少反射裂缝、防水、粘接力强等优点.通过工程实例,对沥青加铺层反射裂缝产生机理、加铺层设计方法以及基于应力吸收层的沥青加铺层结构及材料等作一些探讨;重点论述橡胶沥青应力吸收层的作用机理和相关的施工工艺.