考虑层间界面剪切损伤的复合式沥青路面力学特性

提出沥青路面层间界面剪切损伤本构关系方程、引入Goodman接触单元,模拟路面各分层之间的应力接触传递;基于ANSYS软件建立起考虑层间界面剪切损伤的沥青路面数值分析模型,对重载车辆制动荷载作用下典型复合式沥青路面结构的力学特性进行分析.研究表明,车辆轴重和层间粘结强度对层间界面损伤度、路面内水平剪应力及最大值位置、路面总沉降均有不同程度的影响;车辆超载1倍并制动时,层间界面损伤度最大值增加约50%,路面水平剪应力和沉降最大值翻1倍多;层间粘结强度减弱50%时,标准轴重车辆制动荷载下层间界面剪切损伤度翻1.5倍多,路面内水平剪应力、沉降最大值增加20%~30%.     

沥青稳定基层沥青混凝土路面抗剪性能的理论分析

沥青稳定基层沥青混凝土路面是否会出现严重车辙,为人们所担忧。理论计算分析表明,在静力荷载作用下沥青层中最大剪应力发生在深度8cm处,且随着基层厚度的增加剪应力降低,故采用沥青稳定柔性基层不产生结构性车辙;当基层模量增大时,沥青层中下层剪应力反而增大;沥青混凝土面层采用高模量材料能有效降低剪切应变,而当采用复合基层时也有利于面层剪应力的减小。     

沥青路面结构的最大剪应力

为了减缓重载、高胎压和高速度等重交通条件所引起轮载下强大的剪应力,解决渠化交通下沥青混凝土路面的车辙问题,分析了路面实际剪应力力学,采用有限元方法建立模型,对沥青混合料抗剪切强度进行计算,对不同温度、不同层间接触情况和不同荷载情况下半刚性基层沥青混凝土面层内最大剪应力进行了分析,得出了不同温度、不同荷载条件下最大剪切应力的大小和位置。结果表明:当路面结构中层间接触条件为完全连续状态、较小水平荷载和垂直荷载、较低的温度条件下,沥青路面结构不易遭受剪切破坏。     

剪切荷载下板式无砟轨道界面黏结破坏机理

为了获得剪切荷载作用下板式无砟轨道界面黏结破坏过程特征,构建了无砟轨道界面三维有限元模型,采用界面单元模拟了轨道板与砂浆层间界面非线性黏结力-位移关系,分析了多种剪切荷载模式下界面应力、界面黏结承载力、界面破坏区域分布的变化规律.研究结果表明:轨道板与砂浆层界面剪应力纵向分布在轨道板板端加载位置处最大,并逐渐向内衰减;随着荷载的增大,板端处界面剪应力最先超过界面黏结力强度,界面裂缝在该处萌生,并逐步向轨道板内部扩展;双侧加载时界面黏结承载力为264.9kN,大于单侧加载时的209.8kN,但单侧加载时界面裂缝扩展范围更大,使得其承载力能在一定的位移范围内稳定在一定值;随着荷载的增大,界面分段逐步丧失黏结力.     

预制板式无砟轨道界面脱层失效的数值模拟

将温度荷载简化为轨道板内的剪切荷载,分析了无砟轨道结构的层间界面破坏形式与粘结机理;基于黏聚力本构模型与水泥乳化沥青砂浆界面粘结力实验结果,建立预制板式无砟轨道结构界面有限元模型,研究剪切荷载作用下无砟轨道界面应力、界面粘结承载力、界面相对位移以及界面裂缝的演化规律.结果表明:界面剪应力与正应力纵向分布不均匀,在轨道板端部最大,且界面正应力使轨道板在端部竖向受拉;剪切荷载作用下,界面剪应力超过最大粘结强度,造成界面逐段破坏,界面最大粘结承载力为264.8 k N;轨道板相对于砂浆充填层的纵向位移随剪切荷载的增大而持续增大,最终界面出现纵向裂缝,而其竖向张开位移在界面纵向裂缝出现后反而逐渐闭合,界面发生剪切破坏导致无砟轨道结构脱层失效.     

考虑横向接地应力的沥青路面剪应力分析

采用ABAQUS软件建立三维半刚性路面结构模型,单轴双轮加载模式,每个轮胎荷载简化成5条可移动的应力、长度和宽度不同的条带非均布荷载,使用Fortran语言编写程序Dload和Utracload子程序,用以施加垂直荷载、水平荷载和横向荷载.分析模拟车辆在考虑横向力作用下的路面剪应力分布状况.结果表明:当横向力系数增大时,路表正剪应力减小,负剪应力增加.最大正剪应力出现的位置位于轮胎两侧边缘;中间荷载带的负剪应力逐渐增加并超过轮胎边缘剪应力,最大负剪应力由边缘位置向中间荷载带转移.横向力系数与路面不同层位不同点位(5个荷载带中点和轮隙中心点)剪应力呈线性增加关系,横向力系数对路面剪应力影响最大,对其他层位剪应力的影响随深度增大依次减小.     

水性环氧树脂改性乳化沥青粘层抗剪性能的检验

针对沥青路面因层间黏结性能不足而导致路面结构出现推移、拥包等病害现象,研究环氧乳化沥青粘层在不同环氧乳化沥青洒布量、不同试验温度和不同正应力条件下的抗剪强度,运用摩尔-库伦原理得到黏结力和内摩阻角.借助Ansys有限元软件对5种代表性路面结构进行层间剪应力计算,根据计算所得层间最大剪应力和抗剪强度,对环氧乳化沥青粘层进行抗剪疲劳性能和抗剪极限性能检验.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,且在60℃高温条件下,环氧乳化沥青粘层的最佳洒布量为0.8 kg·m~(-2);当洒布量和正应力相同时,由于黏结力的减小,抗剪强度随温度升高而逐渐减小;5种路面结构在100 k N和200 k N荷载作用下,层间最大剪应力分别小于容许剪应力和抗剪强度,沥青面层不会产生剪切疲劳破坏及高温重载作用下的极限剪切破坏.     

沥青路面剪切问题研究

造成沥青路面早期损坏的主要原因是半刚性基层模量的过大,造成沥青面层内剪应力过大,导致车辙、推挤、拥包损坏,甚至与水、荷载综合作用而发生各种早期破坏。因此,进行路面剪应力分析,确定主要影响因素,提出控制路面剪切破坏的结构设计和材料设计方法,应该是路面结构设计的一个值得注意并加以考虑的环节。     

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。     

高速公路车辙和推移病害成因分析及处置

车辙变形车辙是在行车载荷重复作用下,路面产生累积永久性的带状凹槽,表现为沿行车带出现横向高差,主要是由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足,使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起;另外,重载或超载车辆过多也是产生车辙的重要原因,车辙和推移降低了路面平整度,当车辙达到一定深度时,由于辙槽内积水,极易发生汽车飘滑而导致交通事故。     

重载作用下沥青路面结构动态响应敏感性分析

采用三维有限元动力分析模型,分析了重载移动作用下轴载重量、轴载速度、路面结构参数等因素变化,对沥青路面动态响应的影响.结果表明:路面动态响应随着轴重的增加呈线性显著增加;轴载速度对路面动态响应有一定的影响,路面结构动态响应随轴载速度的增加呈现先增加再降低的趋势,重载车辆以常见速度运行时,对路面结构产生的疲劳破坏影响显著大于静载产生的疲劳破坏;路面结构参数中,面层厚度对路表剪应力、路表竖向压应力影响特别显著,路基模量对路表弯沉、底基层拉应力、路基顶面压应变影响特别显著.     

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.     

沥青路面在半正弦荷载下的力学响应

研究轮胎/路面的接触印迹特征及随机荷载作用特点,采用ABAQUS软件构建路面结构三维有限元模型,对半正弦荷载作用下的沥青路面力学响应进行分析。结果表明,半正弦荷载作用下沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中,应力应变值随路面深度的增加而逐渐减小;沥青路面的竖向、横向及纵向应力最大值均出现在上面层,且竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向、横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,且路面结构内部出现反复的纵向拉-压变形,这很可能是沥青路面轮迹带附近材料产生疲劳损坏的根本原因。另外,荷载作用时间和路面温度对沥青路面应变的影响要大于其对应力的影响,路面温度的升高导致应变增大且延迟了残余应变的恢复时间。     

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.     

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载,采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好的表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。     

沥青混凝土路面抗车辙性能环道试验

为了减少沥青混凝土路面车辙病害,针对江苏省高速公路沥青路面建设中常用的路面组合形式,通过足尺环道试验评价了不同路面组合的抗车辙性能,为江苏省高速公路的建设推荐了合理的结构组合和混合料类型.试验结果表明:高温致使车辙深度迅速增加;沥青的性质影响车辙剪切流变部分的大小,在中面层使用改性沥青可减少车辙;与半刚性基层相比,沥青稳定碎石基层主要增加车辙的密实部分,而剪切流动部分几乎不变;上面层不同级配形式对混合料的抗车辙能力有显著影响;采用高粘度沥青、聚酯纤维SMA可减少沥青路面的车辙.     

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.     

动荷载与温度场作用下沥青路面坑槽修补界面力学特性研究

针对沥青路面坑槽修补后接缝破损现象突出问题,利用有限元软件建立沥青路面坑槽的三维有限元模型,分析了半波正弦荷载与移动均布荷载作用下坑槽修补界面的应力变化规律,并计算了周期性变温条件下坑槽修补界面的温度场与应力场的分布规律。研究结果表明：沥青路面坑槽修补界面主要受压和受剪,拉压应力交替变化的波形是使路面修补区域产生破坏的主要因素;修补区域路表由于温度应力的影响,很容易造成接缝开裂和向下延伸的趋势,且日温差越大沥青路面修补区域界面的温度应力也越大。     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。     

改扩建工程拼接路面受力分析及拼接方式

路面拼接是高速公路改扩建必须要面对的问题,其拼接方式对路面结构的应力应变分布及稳定性有重大影响。依托实体工程,应用ABAQUS有限元软件,根据搭接宽度不同,建立4个有限元模型,分析不同搭接宽度的路面力学响应,并在变化荷载位置情况下,分析沥青层的拉应力、剪应力变化。研究结果表明:路面层进行搭接后与不进行搭接相比,层间最大拉应力、剪应力显著减小;设搭接时,最大拉应力随搭接宽度的增大而略微增大,其应力分布随搭接宽度的增大变得越来越均匀;最大剪应力随搭接宽度的增大而逐渐减小,至120 cm以后变化不大;拼接模型存在3个最不利荷载位置,分别在顶层接缝左侧、右侧0~50 cm区域及第2道拼接缝左侧0~50 cm区域。