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.     

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。     

基于横观各向同性碎石底基层沥青路面结构分析

基于所建的横观各向同性层状弹性体系解,使用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,分析了碎石材料横观各向同性特性对碎石底基层半刚性沥青路面结构的影响,对于软土地基来说,起到一定的加筋作用,随着粒状类材料水平模量的减小,可有效地降低半刚性基层底部的拉应力,使路面结构的受力状况更加符合实际,而且从路表弯沉、沥青层底部拉应变、半刚性基层底部拉应力以及路基顶部压应变来看,都使路面的寿命减小。     

横观各向同性黏弹性沥青路面的动力响应

为了更好地表征路面在荷载作用下的力学行为,研究考虑基层和土基材料的横观各向同性特性的黏弹性沥青路面在落锤式弯沉仪(fal1ing weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动力响应。从各向同性黏弹性和横观各向同性弹性轴对称空间动力问题的基本控制方程出发,借助相应的积分变换,分别建立积分变换域内的各向同性黏弹性体的双节点层单元刚度矩阵和横观各向同性弹性体的双节点与单节点层单元刚度矩阵,进而得到考虑横观各向同性的黏弹性多层沥青路面结构的解析刚度矩阵解。通过求解横观各向同性问题退化的各向同性问题,并与已有解答进行对比,验证本文计算方法的准确性。然后,分析基层和土基的横观各向同性特性对路表弯沉的影响。研究结果表明:随着基层和土基模量比减小,路表弯沉增大,且基层模量比变化的影响更显著。     

材料非线性对沥青道面结构力学响应的影响

借助三维有限元软件,建立半刚性基层沥青道面和柔性基层沥青道面结构模型,分析了B737,B767,B777飞机荷载作用下,土基材料非线性、粒料材料非线性、土基和粒料材料均为非线性三种情况时对道面结构力学响应的影响.结果表明,在三类不同起落架荷载作用下,随着轮载的增加,材料非线性对道面结构力学响应的影响逐渐增加,土基非线性对两种道面结构的力学响应影响不明显.半刚性基层沥青道面结构,粒料非线性与土基和粒料均为非线性时对道面表面弯沉和土基顶面竖向压应变影响不显著,但对沥青面层底部的拉应变和半刚性基层底部的拉应力影响较为明显.柔性基层沥青道面结构,粒料非线性对表面弯沉的影响不显著,但对土基顶面竖向压应变影响较大,土基和粒料均为非线性时对沥青面层底部拉应变的影响明显.     

半刚性路面疲劳特性的环道试验研究

通过室内环道试验，对半刚性基层沥青路面基层、底基层材料的疲劳衰减规律进行了深入研究，研究表明底基层为半刚性路面的临界荷位与半刚性材料的应变疲劳规律取决于其应变状态，通过实测应变与理论应变的对比分析，认为各层应变值与用抗压回弹模量的计算应变值较吻合，建议在弯沉和弯拉应力（应变）验算时统一采用抗压回弹模量。     

隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂分析

为了研究隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂的影响因素,建立隧道半刚性基层沥青路面有限元模型,对隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂进行研究。研究结果表明:对于隧道半刚性基层沥青路面,由于沥青层内最大拉应变显著大于沥青层底拉应变,导致沥青层内的疲劳寿命远小于沥青层底的疲劳寿命;沥青层层底疲劳开裂寿命影响因素敏感性排序为:基层模量面层模量≈面层厚度基层厚度;隧道半刚性基层沥青路面基层模量越大、基层厚度越厚、沥青面层模量越小,对沥青面层疲劳开裂寿命越有利。     

半刚性路面疲劳性特性的环道试验研究

通过室内环道试验，对半刚性基层沥青路面基层、底基层材料的疲劳衰减规律进行了深入研究。研究表明底基层为半刚性路面的临界荷位与半刚性材料的应变疲劳规律取决于其应变状态，通过实测应变与理论应变的对比分析，认为各层应变值与用抗压回模量的计算应变值较吻合，建议在弯沉和弯拉应力（应变）验算时统一采用抗压回弹模量。     

不同类型基层沥青路面设计指标的控制

以西安—铜川高速公路改扩建工程为依托,分析半刚性基层沥青路面、复合式基层沥青路面及柔性基层沥青路面的破坏形式,并建立与之相对应的设计指标体系。采用壳牌计算软件Bisar3.0分析材料参数对路面力学响应的敏感性,从路面受力均衡角度验证各类沥青路面设计指标的合理性。结果表明:对柔性路面采取弯拉应变与面层剪应力指标进行双控,可实现基层模量的合理取值;半刚性路面与复合式路面采取基层拉应力与面层剪应力指标进行双控,可对半刚性基层模量起到牵制作用;沥青路面设计增加抗剪指标尤为必要,可对材料参数起到制约作用,实现结构设计与材料设计的双重优化。     

FWD荷载作用下碾压混凝土基层沥青路面的动态响应试验

为研究碾压混凝土基层沥青路面在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动态响应,铺筑了试验路,通过在试验路内部布设应变传感器,获取了不同工况条件下试验路路面结构层内的应变响应,分析了碾压混凝土基层沥青路面的动态特性及荷载、温度等因素对路面动态响应的影响,构建了碾压混凝土基层沥青路面结构沥青面层底最大水平拉应变预估模型.结果表明:FWD荷载作用下,在距离荷载板中心30 cm范围内路表弯沉变化较大,距离荷载板中心30 cm范围以外,路表弯沉随位置变化的幅度较小,且温度越高,这种趋势越明显;在加载中心点的正下方,路面结构层内部表现为拉应变,且荷载越大,应变越大;相同荷载作用下,碾压混凝土基层沥青路面的底基层、基层与面层底的应变均小于传统半刚性基层沥青路面,随着荷载水平增加及温度升高,路面结构层内部的应变逐渐增大;路面结构层底的应变随荷载增加呈线性增加,随温度升高呈指数增加,路面温度升高50%,50 kN荷载作用下沥青面层底的应变水平与100 kN荷载相当.     

脉冲荷载下沥青路面粘弹性响应分析

为客观反映沥青路面结构的行为特性,需在结构响应分析中综合考虑粘弹性和脉冲荷载等因素.为此,对沥青路面路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变在脉冲荷载下的粘弹性响应进行了分析.计算了典型沥青路面结构3种响应的单位响应方程,然后利用Boltzmann叠加原理分析了路面结构在半正弦脉冲荷载下的粘弹性响应,并分析了行车速度对...     

考虑飞机制动力的机场沥青道面力学响应分析

针对飞机在降落制动过程中所产生的制动力对道面结构产生显著影响,并借助ABAQUS三维有限元软件,建立了柔性道面结构和半刚性道面结构有限元模型,分析在常用的民用飞机和新一代大型飞机荷载作用下,考虑水平制动力作用时对道面结构产生的力学响应.同时分析了以B777-300ER、A380-800为代表的新一代大型飞机,在考虑不同的水平制动力、土基模量、面-基层接触状况条件下时对道面力学响应的影响.计算结果表明:考虑制动力后,面层最大拉应力出现在道面表面;水平制动力超过0.5倍单轮荷载后,使得面层内部的拉应力急剧增大;层间的不良接触对半刚性道面结构影响较大,当面-基层的接触系数大于0.5后,对面层内部的最大剪应力和面层底部的拉应力影响不显著.     

土工格栅加筋半刚性基层材料的抗弯拉强度试验

针对半刚性基层易开裂的缺点，提出了在半刚性基层材料下加铺土工格栅的防裂措施。利用MTS810材料试验机，采用三分点加载方式，进行了土工格栅加筋半刚性基层材料的抗弯拉强度及弯拉模量的力学性能的室内模型试验研究，并铺筑了试验路进行验证。结果表明：土工格栅的加入扩散了半刚性基层底面的弯拉应力，有效延缓了荷载型裂缝的发生，提高了路面的承载能力；可使半刚性基层的临界应变值提高18％，改善了半刚性基层的变形能力，特别对延缓半刚性基层的温缩裂缝尤为有利。     

机场薄层沥青道面荷载应力和位移分析

采用三维等参有限元法,分析了简易机场薄层沥青道面各层间完全连续接触时土基回弹模量、基层回弹模量和厚度等因素对荷载应力和表面弯沉的影响。分析表明,半刚性基层底面拉应力随土基回弹模量、基层回弹模量和厚度近似呈线性变化;面层底面受压,应力值变化很小,基本不受影响;表面弯沉随基层厚度呈线性变化,随土基回弹模量和基层回弹模量呈曲线变化。     

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.     

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。     

基于两点路表弯沉反算土基回弹模量的研究

基于层状弹性理论,利用远离承载板中心的两点路表变形响应反算土基回弹模量。根据半刚性基层沥青路面常用路面结构组合形式,构建土基回弹模量与两点路表弯沉值之间一一对应的数据库,建立回归模型。由理论弯沉盆和实测弯沉盆的预测结果表明,建立的土基回弹模量回归预测模型具有良好的精度和可靠性,为进一步快速、有效地评定土基的承载能力提供了依据。