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.     

重载作用下沥青路面结构验算方法

针对目前中国日趋严重的超载现象,为方便公路养护管理部门定期对路面结构状况进行调查评定,及时对相应路段公路进行维修养护,以现行沥青路面设计规范为基础,经过大量的数据分析对比,利用线性回归方法,获得了车辆重载运输轴载作用下的沥青路面标准轴载换算公式;同时根据沥青路面结构特点,对考虑重载作用的路面结构的验算内容和原则进行讨论和分析,最终确定以考虑超载作用的路面弯沉值、容许拉应力值、路面使用寿命及所需结构层厚度,作为沥青路面结构承载力验算的验算系统。研究结果表明:得出的沥青路面标准轴载换算公式以及沥青路面结构验算系统,对国道G108陕西渭南故市镇路段路面结构状况的调查评定是合理的,评定结果可为公路养护部门提供科学的决策依据。     

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.     

路面结构极限承载能力分析

针对某公路路面的早期损坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查.基于实际轴载的作用图式,分别应用弹性层状体系理论和弹性薄板理论有限元法分析了重荷载作用下,该公路沥青路面和水泥混凝土路面结构的力学响应.按照起决定作用的各结构层材料抗拉强度确定两种路面结构类型的极限承载能力,初步建立了分析路面结构极限承载能力的方法.分析结果表明,沥青路面早期损坏的根本原因是过大轴载对路面结构的一次性加载破坏,而不是轴载重复作用的疲劳破坏,按现行规范设计确定的水泥混凝土路面结构的极限承载能力明显高于沥青路面结构的极限承载能力.     

考虑摩擦系数的沥青路面动态轴载换算

为研究复杂工况下的动态轴载换算,分析了车辆移动荷载作用下沥青路面的动力响应,对数值计算的有效性和车辆行驶特性的影响进行了研究,并提出了动态轴载换算公式.基于二维Lamb问题验证了数值计算的有效性,并建立刚性基层沥青路面的三维动力学数值模型,分析不同车速、路面摩擦系数和轴载等因素的影响.当荷载匀速移动时,轴载和路面摩擦系数对路面动力响应的影响明显,考虑摩擦系数的动态轴载换算指数明显大于静态荷载.结合车辆和路面多种影响因素的三维有限元计算模型更符合沥青路面结构的实际受力状态,动态轴载换算公式可用来改进当前的规范设计.     

基于车辙谱的沥青路面轴载限研究

在对全国各地大量高速公路轴载数据调查分析的基础上,比较了不同轴型作用下的沥青路面剪应力场,提出基于车辙的多轴型数据处理方法.通过该方法对各地轴载谱数据进行换算,并采用换算后的数据,分析不同水平轴载对沥青路面车辙的影响,据此提出轴载限的确定方法,计算各级轴载对车辙的贡献,并给出典型省份的轴载和车辙谱.研究表明,不同轴组类型作用时路面内相同位点处最大剪应力值较为接近.荷载对路面变形特性的影响可以分为3个层面:对于≤10t荷载,路面具有很稳定的抗力;对于>10~15t轴载,路面具有较稳定抗力;对于>15t轴载,路面难以提供稳定抗力.采用抗剪强度较高的改性沥青材料对沥青路面车辙的改善效果明显.     

沥青路面结构早期破坏的动力特性分析

为了研究沥青路面结构早期破坏问题,采用三维有限元模型模拟沥青路面结构在动载作用下的响应情况,分析了弯沉、应力的变化规律.结果表明:在动载作用下,轮载中心处的弯沉和应力均较静载作用时小,但弯沉值的变化具有显著的波动性,轮载中心以外的其他任何点的弯沉值均可能出现大于静载作用时的弯沉;结构层表面拉应力和压应力交错出现,上面层的轮载边缘附近所产生的拉应力数值相对静载明显增大,沥青表面极易产生拉裂破坏, 与规范所规定的拉应力验算点有一定差异.建议在拉应力验算时,增加车轮边缘附近验算点,以保证路面结构表面不产生开裂破坏.     

基于疲劳累积损伤的高模量沥青路面使用寿命预估

为了精确预估高模量沥青路面的使用寿命,以疲劳累积损伤理论为基础,提出考虑沥青路面结构温度分布、轴载分布以及沥青混合料疲劳性能的使用寿命预估新方法。根据劈裂强度试验和间接拉伸疲劳试验确定P0-AC-25(未掺加PR-Module)和P0.5-AC-25(PR-Module掺量为0.5%)的2种沥青混合料的应变疲劳方程;依托抚吉(抚州—吉安)高速公路工程,计算全年路面温度区间分布频率、全年路面轴载等级分布频率以及设计年限内不同温度区间的不同轴载等级的作用次数,并引入到计算路面结构面层层底拉应变的过程中,使拉应变更加符合路面实际情况。基于Miner疲劳累积损伤原理,计算不同温度区间、不同轴载等级下的P0-AC-25和P0.5-AC-25两种沥青混合料的疲劳累积损伤,进而得出抚吉高速公路普通沥青路面和高模量沥青路面基于疲劳累积损伤的使用寿命。研究结果表明:抚吉高速公路基于疲劳累积损伤的高模量沥青路面和普通沥青路面使用寿命分别为14.21、11.52年,故高模量沥青路面比普通沥青路面耐疲劳性能好,使用寿命约提高23.5%。以面层层底拉应变为力学指标的沥青混合料疲劳寿命预估,以及基于疲劳累积损伤的沥青路面使用寿命预估的新方法充分考虑了沥青路面结构温度区间分布和轴载等级分布,建立了较为精准的预估模型,准确描述了沥青混合料疲劳衰减的过程和规律。     

基于足尺ALF车辙试验的车辙等效轴载换算

为了确定沥青路面的车辙等效轴载换算系数,对3种路面结构进行了足尺ALF (Accelerated Load Facility)加速加载车辙试验,并进行理论分析.根据车辙等效原则建立了轴载换算系数的方法;以3种路面结构在3种工况下的车辙数据为基础,得出车辙深度与轴载作用次数的关系,进而求解不同结构的车辙等效系数和车辙等效轴载换算系数.研究结果表明:3种路面结构的车辙等效轴载换算系数分别为4.56、4.90和2.71;改性沥青混合料比基质沥青混合料具有更小的轴载换算系数,说明其具有更低的轴载敏感性;推荐改性沥青混合料的车辙等效轴载换算系数为2.7,基质沥青混合料的为4.9.     

车辆超载及超限对沥青混凝土路面使用影响分析

以半刚性基层基底拉应变和路表弯沉为控制指标,利用弹性层状体系分析程序对某半刚性沥青路面典型结构进行了应力分析。根据Minner法则和不同的控制指标,计算分析了在目前交通组成情况下,沥青路面的使用年限和满足其正常使用时现有路面结构需要增加的路面厚度,对以轴载谱为依据的路面结构设计具有指导意义。