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.     

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。     

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.     

旧混凝土路面加铺沥青层路面结构的有限元分析

水泥混凝土路面加铺改造后路面的破坏主要是由于反射裂缝造成的,如何延缓反射裂缝的发生是旧水泥混凝土路面加铺改造的难点。该文应用Ansys有限元软件分析了沥青加铺层路面结构在车辆荷载作用下的应力状态;通过改变加铺层厚度、加铺层模量及水泥混凝土模量,分析讨论了加铺层应力状态的影响因素,得出相应的结果,为路面加铺工程提供一些建议。     

均布荷载下横观各向同性沥青路面力学行为分析

文章采用广义Maxwell模型描述沥青混合料面层的黏弹性,考虑碎石基层和土基的横观各向同性特征对路面结构力学行为的影响。在弹性假设条件下引入材料水平模量与竖直模量比值为变量,运用有限元方法建立路面结构三维有限元模型;通过模拟计算,对比分析均布荷载作用下碎石基层和土基各向同性与横观各向同性对各结构层应力和应变及路表弯沉值的影响,并对沥青路面服务寿命进行预估分析。分析结果表明:均布荷载作用下碎石基层的横观各向同性特征对路表弯沉影响较小,而土基横观各向同性特征对路表弯沉影响较大;路基顶部压应变受碎石基层及土基横观各向同性特征影响较大,而面层层底拉应变和基层底拉应力仅受碎石基层横观各向同性特征影响较大;沥青路面服务寿命受碎石基层横观各向同性特征影响较大,且在碎石基层各向同性时服务寿命最长。因此,在路面结构设计中应适当考虑基层和路基材料的横观各向同性特征。     

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.     

考虑碎石横观各向同性的路表弯沉及结构分析

使用基于横观各向同性层状弹性体系解编制的路面结构分析程序ANISOLAYER,对沥青路表弯沉进行了分析. 结果表明,当碎石基层厚度达到一定程度后,其横观各向同性特性对路表弯沉的影响将不明显.不同沥青面层厚度情况下,碎石基层水平模量对路面关键性设计指标的影响分析结果表明,将碎石材料看作横观各向同性体可有效降低基层底部的拉应力,基层水平模量的变化对路面关键性设计指标影响较大;较厚的沥青面层以及适中的基层厚度,可使路表弯沉和面层底部拉应变降低;而对于薄及中厚沥青面层,基层横观各向同性特性对路基顶部的压应变影响较大.     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构力学分析

采用有限元方法,对直接加铺与施加防反射裂缝措施后再加铺的路面结构进行了力学分析和比较,得到了交通荷载、温度变化和材料参数对沥青加铺层结构力学性能的影响规律.结果表明:直接加铺沥青层结构时,只增加沥青材料强度、厚度和地基模量,都只能在一定程度上改善沥青加铺层结构的力学性能,且不一定经济有效;而加设STRATA应力吸收层,并改善旧混凝土板接缝传荷能力,能较好地改善沥青加铺层在交通荷载和温度荷载作用下的应力应变状态.     

考虑层间状态的横观各向同性沥青路面力学分析

沥青路面层间粘结状况的好坏对路面结构的力学响应具有较大影响。利用有限元软件ANSYS,将沥青混合料考虑为横观各向同性材料,计算了沥青路面在不同温度场与车辆荷载等作用下的关键力学指标响应,分析了层间接触状态和面层沥青混合料水平与竖向模量比对路面结构的力学响应影响规律。研究结果表明,利用接触模型计算出的关键力学指标比连续模型要大,尤其接触条件不好时更为显著。接触状况对沥青层层底拉应力、拉应变的影响比较明显,而路表弯沉、面层内最大剪应力对层间接触状态的变化则不太敏感,面层模量比越小,面层结构层强度就越低,在接触状态不好时容易导致面层承载能力不足。研究成果为科学的解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了理论依据,对进行沥青路面寿命预估和路面性能评价提供了帮助。     

旧混凝土路面上沥青加铺层的抗反射裂缝能力

研究了沥青加铺层抵抗反射裂缝的能力 .结果表明沥青混合料的材料组成及结构是旧混凝土路面上沥青加铺层抵抗反射裂缝能力的决定因素 .文中还分别讨论了骨料级配、沥青、矿粉、纤维对抗反射裂缝能力的影响 ,为按功能设计沥青混合料奠定了基础 .     

横观各向同性的半刚性基层沥青路面结构

为了分析土基和沥青面层材料的横观各向同性特性对半刚性基层沥青路面结构的影响,基于建立的横观各向同性沥青路面设计理论,运用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,利用沥青面层及土基横观各向同性特性,对半刚性基层沥青路表(路表面)弯沉进行了研究。同时运用ANISOLAYER程序分析了在不同厚度沥青面层及不同半刚性基层弹性模量情况下,土基横观各向同性特性对路面结构关键性设计指标的影响(路表弯沉、半刚性基层底部拉应力及路基顶部压应变,沥青层底应变为压应变或较小的拉应变,故未考虑)。研究结果表明:无论是面层还是土基,其各向异性度(水平弹性模量与垂直弹性模量之比)对路表弯沉的影响曲线变化趋势是一致的;随着土基水平模量的增加,延长了路面的寿命;随着半刚性基层弹性模量的增大,土基水平模量的变化对路表弯沉及基层底部拉应力的敏感性将降低,对路基顶部压应变的敏感性更加显著,但其绝对值较小。     

旧水泥路面沥青加铺层层间剪应力分析

为研究旧水泥路面沥青加铺层层间的剪应力状态,建立了层间力学模型,分析了不同层间状态、超重载、加铺层模量、加铺层厚度及应力吸收层模量对最大剪应力的影响. 发现层间完全连续、完全光滑时,最大剪应力分别为0.41MPa,0.43MPa;当轮胎压强从0.7MPa提高到1.2MPa时,层间最大剪应力增加了70%以上,达到0.7MPa;当应力吸收层模量为400MPa时,层间最大剪应力达到最小值,然后随着应力吸收层模量的增加剪应力也相应增加,当模量达到1000MPa时层间剪应力达到最大值. 结果表明,层间完全连续时剪应力较小,层间剪应力随轮胎压强的增大而增大,应力吸收层模量400MPa时应力削减效果最好.     

环氧沥青混凝土性能研究

通过对环氧沥青混凝土各方面力学性能的试验研究发现,环氧沥青混凝土具有优良的力学性能而且在低温条件下仍具有很好的变形能力,其强度是普通沥青混凝土或其他桥面铺装用的沥青混合料（SMA、浇注式沥青混凝土）的7－8倍,其温度变形系数接近钢板,因此,环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装材料较之其他种类材料具有很大的优越性。     

沥青玛蹄脂碎石混合料力学性能的试验评价

根据沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)结构特点,分别对其高低温性能、水稳定性和疲劳性能进行了研究．结果认为SMA高低温性能和疲劳性能均优于普通密级配混凝土(AC),使用SBS改性沥青可进一步提高其性能,但SMA的水稳性却较AC无明显改善．     

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。     

旧水泥沥青加铺层路面结构温度场模拟及热力分析

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。     

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。     

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.     

沥青路面混合料热再生试验结果及分析

在分析旧沥青路面材料应用的基础上，对长吉高速公路路面旧料进行了试验，检验了旧料中的沥青指标：针入度严重衰减，仅为39（0．1mm），软化点和延度也有很大变化，不能达到90号沥青标准。对旧路面材料中的碎石进行了磨耗值试验，试验结果满足规范要求。调整了旧料中的骨料级配，对AC－16、AC－20掺加不同含量旧路面材料沥青混合料，进行马歇尔试验、劈裂试验和车辙等路用性能试验，试验结果表明，掺加一定数量旧料的沥青混合料能够满足性能要求，尤其高温性能有很大提高，可以在高速公路养护维修中进行使用。     

SBS改性沥青的动态力学性能

通过1种基质沥青、4种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性剂制备的13种改性沥青的动态力学试验,分析比较了原样沥青和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)老化沥青的动态力学温度谱试验结果,讨论了SBS改性沥青动态力学性能的变化机理,得出了改性剂的种类和剂量对其动态力学性能的影响.结果表明,低温下改性沥青的动态力学性能与基质沥青性能有关,高温时则取决于SBS改性剂的性质,RTFOT老化后因SBS的裂化与降解使改性沥青的弹性成分产生损失,其性能向基质沥青特性转变.